ANDRI SETIAWAN (20406087) JURUSAN TEKNIK MESIN

ANDRI SETIAWAN (20406087)JURUSAN TEKNIK MESIN

PENGARUH PENAMBAHAN KANDUNGAN SILIKON KARBIDA DAN JUMLAH PENGELASAN ADUKAN GESEK TERHADAP PEMBENTUKAN STRUKTUR SAMBUNGAN

PADUAN ALUMINIUM ADC12 DAN AC4C

SKRIPSI / TUGAS AKHIR

PENDAHULUAN

Paduan aluminium hypoeutektik adalah paduan aluminium yang memiliki kandungan silikon (Si) yang rendah (<12,6%). Biasa digunakan pada komponen elektronik, otomotif, dan industri persenjataan. Memiliki massa jenis yang rendah, konduktivitas thermal yang tinggi, dan sifat ketahanan yang baik.

Pengelasan adukan gesek (Friction Stir Welding) adalah salah satu teknik penyambungan logam yang memanfaatkan gaya gesek (friction), yang biasa digunakan pada bahan/paduan aluminium, dan banyak diaplikasikan pada pesawat luar angkasa, kendaraan militer (pesawat tempur), pesawat terbang, body kapal laut, dan lain-lain.

PERMASALAHAN

• Pengelasan adukan gesek pada specimen aluminium paduan hypoeutektik

• Variabel jumlah lintasan pengelasan (pass)• Penambahan partikel silikon karbida (SiC).• Analisa strukturmikro & kekerasan

(hardness)

PEMBATASAN MASALAH

• Specimen aluminium paduan hypoeutektik yang digunakan pada pengelasan adalah ADC12 dan AC4C

• Jumlah lintasan pengelasan (pass) adalah 1 kali lewat (1 pass)

• Penambahan partikel silikon karbida (SiC) pada specimen, dengan jumlah lintasan pengelasan yang sama (1 - 4 pass)

• Metode analisa; pengamatan strukturmikro dengan uji metalografi, dan uji kekerasan dengan uji kekerasan Mikro Vickers

LANDASAN TEORI

• merupakan logam ringan, mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik dan sifat-sifat baik lainnya sebagai sifat logam, selain itu aluminium juga mempunyai sifat mampu bentuk (Wrought alloy)

• banyak dilakukan penelitian untuk meningkatkan kekuatan mekaniknya, diantaranya dengan menambahkan unsur-unsur seperti : Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni, dan sebagainya

• Sifat-sifat aluminium; ringan, tahan karat, penghantar listrik yang baik,

ALUMINIUM

pengelasan adukan gesek (Friction Stir Welding)

• Ditemukan pada tahun 1991, proses pengelasan adukan gesek (Friction Stir Welding) dikembangkan, dan dipatenkan oleh The Welding Institute (TWI) di Cambridge, kerajaan Inggris.

• Merupakan pengelasan dalam kondisi padat (solid-state).• Dapat menyambung sisi dua buah lempengan yang disejajarkan,

dengan perkakas las berbentuk silinder yang ujungnya terdiri dari punggung (shoulder) untuk menekan bagian las dan pin untuk mengaduk bagian sambungan las. Perkakas las diputar dengan kecepatan antara 500-1500 rpm dengan pin diposisikan antara bagian yang akan disambung. Gesekan antara pin dan logam dapat mencapai temperatur hingga 1200°C, sehingga logam disekelilingnya menjadi plastis dan proses adukan akan terjadi. Punggung perkakas las ditekan pada permukaan bagian las dan bergerak kearah bagian sambungan lain dengan kecepatan antara 0,5-2mm per detik.

• Secara umum dapat dilakukan dengan dua cara, yakni sambungan temu (Butt Joint) dan sambungan tumpang tindih (Lap Joint).

pengelasan adukan gesek (Friction Stir Welding)

Google, Friction Stir Welding, http://aluminium.matter.org.uk

http://aluminium.matter.org.uk/

silikon karbida

• Silikon karbida adalah sebuah senyawa dari silikon dan karbon, dengan rumus kimia SiC.

• Digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan daya tahan tinggi.

• Digunakan juga pada aplikasi elektronik

BAHAN DAN PERCOBAAN

Diagram Alir Penelitian :Mulai

Studi Literatur

MaterialADC12 & AC4C

· Pemotonganspecimenberukuran 50 x 20 x 5 mm & pencoakan untuk volume 18%,30% dan 38%

· Pengelasan gesek specimen dengan kecepatan gerak 7-8 mm/menit, 1200rpm pada kemiringan mata las 10

Selesai

Pengujian(Metalograpi &

Vickers)

Baik

Cacat

BAHAN PERCOBAAN :

KOMPOSISIBAHAN

PERCOBAAN

Cu Si Mg Zn Fe Mn Ni Ti Cr Al

(%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%)

0,014 7,20 0,36 0,018 0,13 0,007 0,007 0,16 0,003 Bal

Cu Si Mg Zn Fe Mn Ni Sn Pb Al

(%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%)

2,35 11,82 0,17 0,56 0,81 0,18 0,04 0,02 0,06 Bal

KOMPOSISI PADUAN ADC12

KOMPOSISI PADUAN AC4C

http://www.tradekorea.com/product-detailGoogle, Chemical Composision Of Aluminium Alloys, http://www.makenalloys.com/html/chemical_compostion.html

http://www.tradekorea.com/product-detail

PROSES PENGELASANAlat yang digunakan:

1. Mesin las (mesin frais milling) 2. Landasan (meja las) 3. Holder

4. Perkakakas lasBaja HSS

PROSES PENGELASAN

• Material aluminium hypoeutektik yang telah dipotong berukuran 50mm x 20mm x 5mm dan mempunyai volume coak 18%, 30% dan 38%, diletakan pada meja las dengan posisi pengelasan sambungan temu (Butt Joint)

• Dilas gesek tekan pada mesin las sampai kedua specimen tersambung

• Proses pengelasan dilakukan beberapa kali lewat (pass) pada partikel penambah (silikon karbida) pada variabel jumlah pengelasan 1, 2, 3, dan 4 kali atau 1 - 4 pass

PROSES PENGELASAN

Google, Friction Stir Welding Process, http://www.esabna.com/ for more information about our products

UJI METALOGRAFI

Diagram Alir Uji Metalografi :

Mulai


Pengampalasan(Grinding)

Selesai

Strukturmikro

Pengetsaan(Etching)

Pemolesan(Polishing)

Analisa

Baik

Cacat

UJI KEKERASAN

Diagram Alir Uji Kekerasan :

Mulai


Pengamplasan dengan kertas

amplasNo 100-2000

Selesai

Pengambilan Data

Pengujian

HASIL DAN PEMBAHASAN

STRUKTURMIKRO

Paduan hypoeutektik Al-Si disusun oleh fasa utama larutan padat Al-α dan fiber kristal-kristal Silikon (Si). Formasi kristal-kristal Si pada matrik Al-α tergantung pada komposisi paduan, perlakuan mekanik dan panas, serta proses pembentukan. Pada paduan hypoeutektik kandungan Silikon (Si) sangat tinggi, sehingga pada struktur mikro paduan hypoeutektik fiber kristal-kristal Si terlihat jelas.

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)

Pemetaan strukturmikro yang diamati pada hasil lasan :

STRUKTURMIKRO

Pada bagian stir zone, Fiber-fiber Si kasar pada bahan asal (ingot) terpotong-potong menjadi partikel-partikel halus atau nugget pada matriks Al, sedangkan pada bagian thermomechanical affected zone partikel Si masih berbentuk kasar karena hanya terkena pengaruh panas termomekanik dari gesekan. Kemudian bagian transisi, menunjukkan peralihan antara base metal dan bagian adukan yang hanya terkena pengaruh panas (heat affected zone).

adukan gesek(Stir Zone)

pengaruh panas termomekanik(thermomechanical affected zone)

logam induk(base metal)Transisi / pengaruh panas

(heat affected zone)

STRUKTURMIKRO

ADC12 1 Pass (tanpa partikel penambah)

(6)

22,4 µm

(1)

(3)

(2)

(4)

Partikelhalus Si

Serat Si

Plat Si

Al-α

ADC12

(5)

Bagian adukan

STRUKTURMIKROADC12 + 18% SiC 4 Pass

(1)

(5)

(3) (4)

(2)

(6)

22,4 µm

SiC

SiC Semakin halus

Al-α

Serat Si

Plat Si

Bagian adukan

ADC12

STRUKTURMIKRO

ADC12 + 30% SiC 4 Pass

(1) (2)

(6)

(4)

SiC semakin halus

SiC

Al-α

Plat Si

Serat Si

Bagian adukan

SiC semakin halus

ADC12

(3)

(5)

strukturmikroADC12 + 38% SiC 4 Pass

(2)(1)

(4)(3)

(6)(5)

22,4 µm

Poros

SiC makin alus SiC

Al-α

Serat Si Plat Si

Bagian adukan

ADC12

strukturmikro

(3)

(5) (6)

(2)(1)

(4)

22,4 µm

Al-α

PartikelSi dalamstruktureutektik

AC4C

Bagian adukan

AC4C 1 Pass (tanpa penambahan partikel)

strukturmikroAC4C + 18% SiC 4 Pass

Bagian adukan

AC4C

(2)

(5) (6)

(1)

(3) (4)

22,4 µm


SiC semakin halus

Bagian adukan

Al-α

SiC

AC4C

StrukturmikroAC4C + 30% SiC 4 Pass

(3)

(2)

(6)

(4)

(1)

22,4 µm


Al-α

SiC semakin halusSiC semakin halus

(5)

SiC

Bagian adukan

AC4C

strukturmikroAC4C + 38% SiC 4 Pass

(1) (2)

(3) (4)

(5) (6)

22,4 µm

Al-α


SiC semakinhalus

SiC semakin halus

SiC semakin halus

SiC

AC4C

Bagian adukan

STRUKTURMIKRO

Bagian

ADC12ADC12 + 18%

SiCADC12 + 30%

SiCADC12 + 38%

SiC(D)

Partikel(µm)

(F) Rasio

(D) Partikel

(µm)

(F) Rasio

(D) Partikel

(µm)

(F) Rasio

(D) Partikel

(µm)

(F) Rasio

Logam Induk15,12

±8,14

4,49±

2,60

- - - - - -

ADUKAN

Pass

11,75

±0,66

1,19±

0,38

24,25±

17,60

1,54±

0,64

13,77±

4,16

1,93±

0,17

10,82±

1,23

1,69±

0,24

21,48

±0,31

10,60±

1,56

1,44±

0,24

7,16±

1,50

7,79±

3,74

1,47±

0,08

39,54

±0,70

1,46±

0,11

11,85±

3,24

1,55±

0,19

9,32±

0,94

1,44±

0,10

41,44

±0,22

10,14±

0,56

9,36±

1,53

1,61±

0,06

7,23±

0.39

1,47±

0,17

Tabel 4.1 Nilai rata-rata diameter dan faktor rasio partikel Si, Si+18% SiC, Si+30% SiC dan Si+38% SiC pada paduan ADC12

strukturmikro

Bagian

AC4C AC4C + 18% SiC AC4C + 30% SiC AC4C + 38% SiC(D)

Partikel(µm)

(F)Rasio

(D) Partikel

(µm)

(F) Rasio

(D) Partikel

(µm)

(F) Rasio

(D) Partikel

(µm)

(F) Rasio

Logam Induk2,46

±0,19

10,73±

0,42- - - - - -

ADUKAN

Pass

11,90

±0,75

1,18±

0,35

1,51±

0,17

8,86±

6,66

1,61±

0,26

10,17±

4,02

1,45±

0,16

5,99±

2,82

21,37

±0,14

6,03±

2,52

1,41±

0,08

4,21±

0,21

1,42±

0,04

4,16±

0,51

31,39

±0,03

4,76±

0,39

1,40±

0,05

4,97±

0,62

1,45±

0,04

6,25±

7,81

41,45

±0,04

4,30±

0,86

1,48±

0,17

4,69±

2,60

1,42±

0,11

4,63±

1,15

Tabel 4.2 Nilai rata-rata diameter dan faktor rasio partikel Si, Si+18% SiC, Si+30% SiC dan Si+38% SiC pada paduan AC4C

STRUKTURMIKRO

Diameter partikel Si pada logam induk rata-rata mencapai angka sekitar 2,46 µm, berbeda dengan hasil yang ditunjukkan pada proses pengelasan adukan gesek. Selama proses pengelasan adukan gesek, partikel Si pada bagian adukan terpecah atau terpotong-potong, dan memiliki ukuran diameter partikel rata-rata sekitar 1,4 µm. Penambahan 18%, 30%, dan 38% SiC (silikon karbida) pada bagian adukan membuat efektifitas penghalusan partikel menurun, sehingga rata-rata diameter partikel cenderung sedikit lebih besar. Bertambah besarnya diameter partikel dimungkinkan dengan adanya penambahan 18%, 30% dan 38% SiC (silikon karbida) membuat bertambahnya beban proses pengelasan adukan gesek atau akibat dari partikel SiC (silikon karbida) yang tidak terdistribusi dengan rata.

Diameter Partikel & Faktor Rasio

STRUKTURMIKRO

Hasil rata-rata diameter partikel yang diperoleh, menunjukkan bahwa bentuk partikel-pertikel Si yang tidak beraturan namun masih dalam orbit bulat atau mendekati bulat. Pada strukturmikro paduan hypoeutektik, fiber-fiber kasar Si dengan kandungan yang tinggi terbentuk pada matrik Al. Sebaliknya faktor rasio partikel Si pada bagian adukan sambungan las baik menggunakan atau tidak menggunakan 18%, 30% dan 38% SiC (silikon karbida) mendekati 1,4 µm menunjukkan kecenderungan bentuk partikel mendekati bentuk bulat.

Diameter Partikel & Faktor Rasio

kekerasan

Pemetaan jejak identor pada uji kekerasan Mikro Vickers :

Arah pengujian

kekerasan

NO Uji

INTERVAL/JARAK(µm)

KEKRASANMIKRO VICKERS

(HV)

KETRANGAN AREAPENGUJIAN

1. 0 72,10 Base Metal 12. 500 73,40 Base Metal 13. 1000 60,20 Base Metal 14. 1200 74,20 Base Metal 1-Daerah lasan5. 1400 74,60 Daerah lasan6. 1900 79,40 Daerah lasan7. 2200 80,30 Daerah lasan8. 2400 78,10 Daerah lasan9. 2700 75,80 Daerah lasan10. 3200 73,40 Daerah lasan11. 3400 76,80 Daerah lasan 2-Base metal12. 3600 65,30 Base Metal 213. 4100 72,20 Base Metal 214. 4600 71,60 Base Metal 2

Tabel 4.3 Haraga kekersan sample ADC12

kekerasan

NO Uji

INTERVAL/JARAK(µm)


(HV)


1. 0 93,64 Base Metal 12. 500 75,68 Base Metal 13. 1000 71,86 Base Metal 14. 1200 71,86 Base Metal 1-Daerah lasan5. 1400 82,89 Daerah lasan6. 1900 75,38 Daerah lasan7. 2400 71,86 Daerah lasan8. 3300 75,68 Daerah lasan9. 3400 64,79 Daerah lasan10. 3800 73,29 Daerah lasan11. 4000 60,64 Daerah lasan 2-Base Metal12. 4200 100,3 Base Metal 213. 4700 91,58 Base Metal 214. 5200 81,16 Base Metal 2

Tabel 4.4 Haraga kekersan sample ADC12 + 18% SiC

kekerasan

NO Uji

INTERVAL/JARAK(µm)


(HV)




kekerasan

NO Uji

INTERVAL/JARAK(µm)


(HV)



Tabel 4.7 Haraga kekersan sample AC4C

kekerasan

NO Uji

INTERVAL/JARAK(µm)


(HV)



Tabel 4.8 Haraga kekersan sample AC4C + 18% SiC

kekerasan

NO Uji

INTERVAL/JARAK(µm)


(HV)




kekerasan

• Penambahan 18%, 30% dan 38% SiC (silikon karbida), dapat

membuat paduan lebih keras, namun hal tersebut tidak terlalu

signifikan. Hal tersebut terjadi pada paduan ADC12 + 18% SiC

dan ADC12 + 30% SiC pada paduan tersebut kekersan

cenderung turun.

• Penambahan 18%, 30% dan 38% SiC (silikon karbida), tingkat

kekerasan meningkat terutama pada bagian adukan las.

KESIMPULAN

• Ingot ADC12 disusun oleh serat Silikon (Si), plat Silikon (Si) dan eutektik Al-Si yang tersusun dalam Al-α. Untuk ingot AC4C disusun oleh partikel Si dalam struktur eutektik yang tersusun dalam Al-α.

• 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).

• Pada bagian adukan las ADC12, partikel-partikel Si semakin halus dalam Al-α. Untuk AC4C pada bagian adukan las, partikel-partikel Si menjadi halus dan struktur eutektik menyebar merata dalam Al-α.

KESIMPULAN

• Pada bagian adukan las ADC12 dengan penambahan partikel SiC (silikon karbida), partikel-partikel Si menjadi halus dan SiC (silikon karbida) cenderung menggumpal dalam Al-α. Untuk AC4C pada bagian adukan las, partikel-partikel Si menjadi halus dan struktur eutektik menyebar merata dalam Al-α, sedangkan SiC (silikon karbida) cenderung menggumpal dalam Al-α.

• Diameter Si dan SiC (silikon karbida) lebih halus dan faktor rasio lebih kecil (cenderung bulat) dengan penambahan jumlah las untuk paduan ADC12 dan AC4C.

• Partikel SiC (silikon karbida) lebih besar pada bagian adukan las dengan penambahan jumlah bubuk SiC (silikon karbida) hingga 38% volume.

KESIMPULAN

• Bagian sambungan las dengan penambahan SiC (silikon karbida) tidak homogen.

• Penambahan 18% partikel SiC (silikon karbida) pada paduan AC4C saat pengelasan adukan gesek dapat membuat paduan lebih keras, terutama pada daerah adukan las. Paduan pengelasan tanpa penambahan partikel Sic pada paduan ADC12 dan AC4C ada kenaikan terutama pada daerah lasan tetapi masih pada rentangan kekerasan logam induknya, sama halnya pada paduan adukan las AC4C + 30% SiC, AC4C +38% SiC dan ADC12 + 38% SiC. Untuk ADC12 + 18% SiC dan ADC12 + 30% SiC cenderung turun.

PENGELASAN ADUKAN GESEKLAB. TEKNIK MESIN UNIVERSITAS GUNADARMA

SEKIAN DAN TERIMA KASIH

ANDRI SETIAWAN (20406087) JURUSAN TEKNIK MESIN

Documents

Transcript of ANDRI SETIAWAN (20406087) JURUSAN TEKNIK MESIN