20406087 andri setiawan
TRANSCRIPT
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
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
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
MaterialADC12 & AC4C
Pengampalasan(Grinding)
Selesai
Strukturmikro
Pengetsaan(Etching)
Pemolesan(Polishing)
Analisa
Baik
Cacat
UJI KEKERASAN
Diagram Alir Uji Kekerasan :
Mulai
MaterialADC12 & AC4C
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
PartikelSi dalamstruktureutektik
SiC semakin halus
Bagian adukan
Al-α
SiC
AC4C
StrukturmikroAC4C + 30% SiC 4 Pass
(3)
(2)
(6)
(4)
(1)
22,4 µm
PartikelSi dalamstruktureutektik
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
PartikelSi dalamstruktureutektik
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)
KEKRASANMIKRO VICKERS
(HV)
KETRANGAN AREAPENGUJIAN
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)
KEKRASANMIKRO VICKERS
(HV)
KETRANGAN AREAPENGUJIAN
1. 0 91,58 Base Metal 12. 500 91,58 Base Metal 13. 1000 86,51 Base Metal 14. 1200 93,23 Base Metal 1-Daerah lasan5. 1400 88,40 Daerah lasan6. 1900 82,89 Daerah lasan7. 2300 74,77 Daerah lasan8. 2400 76,30 Daerah lasan9. 2800 77,87 Daerah lasan10. 3300 84,67 Daerah lasan11. 3500 75,68 Daerah lasan 2-Base Metal12. 3700 94,49 Base Metal 213. 4200 98,91 Base Metal 214. 4700 81,16 Base Metal 2
Tabel 4.5 Haraga kekersan sample ADC12 + 30% SiC
kekerasan
NO Uji
INTERVAL/JARAK(µm)
KEKRASANMIKRO VICKERS
(HV)
KETRANGAN AREAPENGUJIAN
1. 0 83,95 Base Metal 12. 500 62,43 Base Metal 13. 1000 41,56 Base Metal 14. 1200 90,37 Base Metal 1-Daerah lasan5. 1400 79,49 Daerah lasan6. 1900 92,39 Daerah lasan7. 2200 73,29 Daerah lasan8. 2360 67,80 Daerah lasan9. 3660 83,95 Daerah lasan10. 3160 91,58 Daerah lasan11. 3360 69,11 Daerah lasan 2-Base Metal12. 3560 59,56 Base Metal 213. 4060 67,28 Base Metal 214. 4560 85,76 Base Metal 2
Tabel 4.6 Haraga kekersan sample ADC12 + 38% SiC
kekerasan
NO Uji
INTERVAL/JARAK(µm)
KEKRASANMIKRO VICKERS
(HV)
KETRANGAN AREAPENGUJIAN
1. 0 60,4 Base Metal 12. 500 55,7 Base Metal 13. 1000 56,8 Base Metal 14. 1200 66,1 Base Metal 1-Daerah lasan5. 1400 61,2 Daerah lasan6. 1900 56,4 Daerah lasan7. 2200 54,3 Daerah lasan8. 2400 53,8 Daerah lasan9. 2700 65,9 Daerah lasan10. 3200 70,2 Daerah lasan11. 3400 59,9 Daerah lasan 2-Base Metal12. 3600 47,5 Base Metal 213. 4100 44,5 Base Metal 214. 4600 51,2 Base Metal 2
Tabel 4.7 Haraga kekersan sample AC4C
kekerasan
NO Uji
INTERVAL/JARAK(µm)
KEKRASANMIKRO VICKERS
(HV)
KETRANGAN AREAPENGUJIAN
1. 0 51,51 Base Metal 12. 500 51,51 Base Metal 13. 1000 51,51 Base Metal 14. 1200 51,51 Base Metal 1-Daerah lasan5. 1400 54,19 Daerah lasan6. 1650 54,56 Daerah lasan7. 2150 54,19 Daerah lasan8. 2650 58,09 Daerah lasan9. 3100 58,09 Daerah lasan10. 3350 55,51 Daerah lasan11. 3550 51,51 Daerah lasan 2-Base Metal12. 3750 51,51 Base Metal 213. 4250 51,51 Base Metal 214. 4750 51,51 Base Metal 2
Tabel 4.8 Haraga kekersan sample AC4C + 18% SiC
kekerasan
NO Uji
INTERVAL/JARAK(µm)
KEKRASANMIKRO VICKERS
(HV)
KETRANGAN AREAPENGUJIAN
1. 0 51,51 Base Metal 12. 500 52,30 Base Metal 13. 1000 51,51 Base Metal 14. 1200 49,84 Base Metal 1-Daerah lasan5. 1400 40,10 Daerah lasan6. 1900 47,78 Daerah lasan7. 2300 51,51 Daerah lasan8. 2400 52,38 Daerah lasan9. 2800 48,55 Daerah lasan10. 3300 49,84 Daerah lasan11. 3500 52,38 Daerah lasan 2-Base Metal12. 3700 47,47 Base Metal 213. 4200 44,57 Base Metal 214. 4700 49,84 Base Metal 2
Tabel 4.9 Haraga kekersan sample AC4C + 30% SiC
kekerasan
NO Uji
INTERVAL/JARAK(µm)
KEKRASANMIKRO VICKERS
(HV)
KETRANGAN AREAPENGUJIAN
1. 0 45,99 Base Metal 12. 500 47,02 Base Metal 13. 1000 51,51 Base Metal 14. 1200 52,73 Base Metal 1-Daerah lasan5. 1400 51,51 Daerah lasan6. 1900 50,66 Daerah lasan7. 2200 49,84 Daerah lasan8. 2400 49,35 Daerah lasan9. 2700 50,66 Daerah lasan10. 3200 49,03 Daerah lasan11. 3400 46,72 Daerah lasan 2-Base Metal12. 3600 44,57 Base Metal 213. 4100 42,57 Base Metal 214. 4600 44,16 Base Metal 2
Tabel 4.10 Haraga kekersan sample AC4C + 38% SiC
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
PENGELASAN ADUKAN GESEKLAB. TEKNIK MESIN UNIVERSITAS GUNADARMA
SEKIAN DAN TERIMA KASIH