KEKUATANTARIK,STRUKTURMIKRO,DANSTRUKTURMAKRO

LASANSTAINLESSSTEELDENGANLASGESEK(FRICTIONWELDING)

IbnuSatoto 20020130034JurusanTeknikMesin FakultasTeknikUniversitasMuhammadiyahYogyakarta

AbstrakPadaeraindustrialisasidewasainiteknikpengelasantelahbanyakdipergunakanpadakonstruksimesin.Luaspenggunaanteknologi

inidisebabkankarenamesinyangdibuatdenganteknikpenyambunganmenjadi lebih sederhanadalamprosespembuatannya.Disamping ituprosespengelasandapatjugadipergunakanuntukreparasimisalnyamembuatlapisankeraspadaperkakas,mempertebalbagianbagianyangsudahausdanlainlain.Tujuanpenelitianiniuntukmengetahuipengaruhvariasikecepatanputarpengelasandengancarapengelasangesek(frictionwelding)padabajakarbonrendahterhadapkekuatantarikstrukturmikrodanmakro.

Penelitian ini menggunakan stainless steel silinder pejal. Bahan dibuat dengan menggunakan standar ASTM A370, menggunakanpengelasangesekdenganvariasiputaran950Rpmdan1350Rpm, kemudiandilanjutkandenganpengujian tarik, strukturmikrodanmakro(penampangpatah).

Hasil struktur mikro pada daerah lasan kedua putaran pengelasan memperlihatkan banyak butiran ferit,perlit dan feritwidsmanstattent.PadadaerahHAZdidominasiolehbutiranferitdanperlit,butiranpadaputaranpengelasan1350Rpmlebihbesardaripadaputaranpengelasan950Rpm.Sedangkanpadadaerahlogamindukkeduaputaranpengelasandidominasiolehbutiranferitdanperlit.Untuknilaikekuatantarikrataratapadaputaranpengelasan950Rpmsebesar167,99kN/mm2dengannilairataratawaktu63,67detik,sedangkanpada putaran pengelasan 1350 Rpm sebesar 237,68 kN/mm2 dengan nilai ratarata waktu 37,5 detik. Hasil penampang patah didominasiperpatahannyaberbentukconeinimenandakanbahwadaerahlasanpadastainlesssteelinibersifatulet.

Katakunci:frictionwelding,pengujiantarik,strukturmikrodanstrukturmakro(penampangpatah).

1. PENDAHULUAN

Padaera industrialisasidewasaini teknikpengelasan telahbanyak dipergunakan pada konstruksi mesin. Luas penggunaanteknologi inidisebabkan karenamesin yang dibuatdengan teknikpenyambungan menjadi lebih sederhana dalam prosespembuatannya. Disamping itu proses pengelasan dapat jugadipergunakanuntukreparasimisalnyamembuatlapisankeraspadaperkakas,mempertebalbagianbagianyangsudahausdanlainlain.Karena itu rancangan las harus memperhatikan kesesuaian antarasifatsifat pengelasan yaitu kekuatan dari sambungan danmemperhatikan sambungan yang akan dilas, sehingga hasil daripengelasan sesuai dengan yang diharapkan. Pemilihan jenispengelasan harus disesuaikan untuk tiap sambungan las yang adapada konstruksi. Dalam hal ini dasarnya adalah efisiensi yangtinggi, biaya yang murah, penghematan tenaga dan penghematanenergi.

Pengelasan di Indonesia sudah banyak dilakukan denganberbagaimacam jenis, tetapi ada juga yang jarangdilakukan yaitupengelasan gesek. Dalam hal pengujian, berbagai macam jenispengelasan telah banyak dilakukan pengujian. Disini pengelasangesek akan dilakukan pengujian kekuatan agar diketahui hasilpengelasandankekuatannya.Pengelasaniniakandilakukandenganbantuan mesin bubut dan bahan uji terbuat dari stainless steel.Sehingga nanti stainless steel akan diketahui seberapa hasilkekuatannya bila dilakukan pengelasan gesek. rumusanpermasalahan yang perlu dipecahkan adalah bagaimana pengaruhkecepatan putaran pada pengelasan gesek terhadap kekuatan tarikbahanpadastainlesssteel,sehinggabelummendapatkanpengelasanyangoptimum.

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruhvariasi kecepatan putaran spindle mesin bubut dengan carapengelasangesekterhadapkekuatantarik,strukturmikrodanmakropadabahanstainlesssteel.

2.DASARTEORI

Pengelasanadalahpenyambunganduabuah logammenjadisatu dilakukan dengan jalan pemanasan atau pelumeran, dimanakedua ujung logam yang akan disambung dibuat lumer ataudilelehkan dengan busur nyala atau logam itu sendiri sehinggakeduaujungataubidanglogammerupakanbidangmasayangkuattidak mudah dipisahkan. Pada saat ini sekitar 40 jenis pengelasanyangdapatdibedakanmenjadiduakelompokyaitupengelasanleburdanpadat.Adapunmacam dari pengelasan lebur yaitu PengelasanBusur(ArcWelding,AW),PengelasanResistansiListrik(ResistanceWelding, RW),Pengelasan Gas (Oxyfuel Gas Welding, OFW), danmacam dari pengelasan padat yaitu Pengelasan Difusi (DiffusionWelding, DFW), Pengelasan Gesek, (Friction Welding, FW),PengelasanUltrasonik(UltrasonicWelding,UW).

2.1Pengelasangesek

Pengelasan gesek adalah suatu metode pengalasan yangdilakukan untuk memperoleh hasil lasan dengan cara melakukanpenggesekan pada ujung dua bahan las denganmenggunakan alatbantumesinbubut.

Pada pengelasan gesek, penyambungan terjadi oleh adanyapanasyangditimbulkanolehgesekanakibatperputaransatudenganyanglainantaralogamlogamindukdibawahpengaruhgayaaksial.Kemudiansalahsatudiputarsehinggapadapermukaankontakakantimbul panas, bahkan mendeka titik didih logamnya, sehinggapermukaanlogamdidaerahtersebutmenjadiplastis.Dalamkondisipanas tersebut, pergerakan/pergesekan relatif antar kedua logamdihentikan, kemudian di aplikasikan gaya tekan arah aksial,sehinggaterjadisambunganlaslantak.

Dalam gambar 2.1 ditunjukkan tahapan proses pengelasangesek sebagaiberikut:(1) salah satu poros diputar dan poros yang lain dicekam pada

toolpost,(2) keduaporos digesekkansehinggatimbulpanas,(3) putarandihentikan dan porosdiberigayatekanaksial,(4) sambunganlasterbentuk.

Gambar2.1pangelasangesek (frictionwelding)

2.2StainlessSteel

Awalnya, beberapa besi tahan karat pertama berasal daribeberapa artefak yang dapat bertahan dari zaman purbakala. Padaartefak ini tidak ditemukan adanya kandungan krom. namundiketahui bahwa yang membuat logam ini tahan karat adalahbanyaknya zat fosfor yang dikandungnya yang mana bersamadengan kondisicuacalokalmembentuksebuahlapisanbesioksidadan fosfat.

Baja tahan karat atau stainless steel sendiri adalah paduanbesi dengan minimal 12% kromium. Komposisi ini membentukprotective layer (lapisan pelindung anti korosi) yang merupakanhasil oksidasi oksigen terhadap krom yang terjadi secara spontan.Tentunya harus dibedakan mekanisme protective layer inidibandingkanbajayangdilindungidengancoating (misalsengdancadmium)ataupuncat.

Pada dasarnya untuk membuat baja yang tahan terhadapkarat, krom merupakan salah satu bahan paduan yang palingpenting.Untukmendapatkanbajayanglebihbaiklagi,diantaranyadilakukanpenambahanbeberapazatzatberikut:

Penambahan Molibdenum (Mo) bertujuan untukmemperbaikiketahanankorosipittingdankorosicelah.

Unsur karbon rendah dan penambahan unsur penstabilkarbida (titanium atau niobium) bertujuan menekan korosibatasbutirpadamaterialyangmengalamiprosessensitasi.

Penambahan kromium bertujuan meningkatkan ketahanankorosi dengan membentuk lapisan oksida (Cr2O3) danketahananterhadapoksidasi temperaturtinggi.

Penambahannikelbertujuanuntukmeningkatkanketahanankorosi dalam media pengkorosi netral dan jugameningkatkankeuletandanmampubentuklogam.

Stainlesssteelditinjaudarikadarkandungankromnyadapatdibagimenjadi lima macamyaitu :

1. Austenitic Stainless Steel yang mengandung sedikitnya16%Kromdan6%Nikel.Stainlesssteeljenisinicocokjugauntuk aplikasi temperatur rendah, disebabkan unsur Nikelmembuat stainless steel tidakmenjadirapuhpadatemperaturrendah.

2. Ferritic Stainless Steel yang mempunyai kadar Krombervariasiantara10,5 18%.

3. Martensitic Stainless Steel jenis ini memiliki unsur utamaKrom (masih lebih sedikit jika dibanding Ferritic StainlessSteel)dankadarkarbonrelatiftinggi.

4. DuplexStainlessSteelmemilikikombinasisifattahankorosidantemperaturrelatiftinggiatausecarakhusustahanterhadapStressCorrosionCracking.

5. Precipitation Hardening Steel adalah Stainless Steel yangkeras dan kuat akibat dari dibentuknya suatu presipitat(endapan)dalamstrukturmikrologam.

2.3 DaerahPengelasan

Tigadaerahhasilpengelasanyangakankitatemuibilakitamelakukanpengelasandaerahyangpertamayaitua.DaerahlogamlasDaerah logam las adalah bagian dari logam yang pada waktupengelasanmencairdankemudianmembeku.

b. DaerahpengaruhpanasatauHeatAffectedZone (HAZ)Daerah pengaruh panas atau heat affected zone (HAZ) adalahlogam dasar yang bersebelahandengan logam las yang selamaproses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan danpendinginan cepat sehingga daerah ini yang paling kritis darisambunganlas.

c.LogamindukLogam induk adalah bagian logam dasar di mana panas dansuhu pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahanperubahanstrukturdansifat.

2.4 Pengujiantarik

Pengujian tarik adalah pengujian yang dilakukan untukmengetahui sifatsifat mekanis suatu logam dan paduannya.Pengujian ini paling sering di lakukan karena merupakan dasarpengujianpengujiandanstudimengenaikekuatanbahan.

Pada pengujian tarik beban diberikan secara kontinyu danpelanpelan bertambah besar, bersamaan dengan itu dilakukanpengamatan mengenai perpanjangan yang di alami benda uji.Kemudiandapatdihasilkantegangandanregangan.

Puu=

A0

Dimana:

u=Tegangantarikmaxsimal(MPa)Pu=Bebantarik(kN)A0 =Luasanawalpenampang(mm)

Reganganyangdipergunakanpadakurvadiperolehdengancara membagi perpanjangan panjang ukur dengan panjang awal,persamaanyayaitu:

Lf L0 = 100

L0

Dimana: =Regangan(%)L=Panjangawal(mm)Lf=Panjangakhir(mm)

Pembebanan tarik dilaksanakan dengan mesin pengujiantarik yang selama pengujian akan mencatat setiap kondisi bahansampai terjadinya tegangan ultimate, juga sekaligus akanmenggambarkandiagram tarik bendauji, adapunpanjang Lf akandiketahui setelah benda uji patah dengan mengunakan pengukuransecara normal tegangan ultimate adalah tegangan tertinggi yangbekerja pada luas penampang semula.Diagram yang diperoleh dariuji tarik pada umumnya digambarkan sebagai diagram teganganregangan.

Gambar2.2.Kurvateganganreganganrekayasa(Dietser1996)

Dari Gambar 2.2 ditunjukkan bahwa bentuk dan besaranpada kurva teganganregangan suatu logam tergantung padakomposisi,perlakuanpanas,deformasiplastisyangpernahdialami,lajuregangan,suhudankeadaanteganganyangmenentukanselamapengujian.

Parameterparameter yang digunakan untukmengambarkankurvateganganreganganlogamyaitu:a. Kekuatantarikb. KekuatanLuluhc. Perpanjangan

2.5. PengamatanStrukturMikro

Sifatsifat fisis dan mekanik dari material tergantung daristruktur mikro material tersebut. Struktur mikro dalam logam(paduan) di tunjukkan dengan besar, bentuk dan orientasibutirannya, jumlah fasa, proporsi dan kelakuan dimana merekatersusun atau terdistribusi. Struktur mikro dari paduan tergantungdari beberapa faktor seperti, elemen paduan, konsentrasi danperlakuan panas yang diberikan. Pengujian struktur mikro ataumikrografi dilakukan dengan bantuan mikroskop dengan koefisienpembesarandanmetodekerjayangbervariasi.

Adapun beberapa tahap yang perlu dilakukan sebelummelakukanpengujianstrukturmikroadalah:

a. Pemotongan(Sectioning)b. Pengamplasan(Grinding)c. Pemolesan(Polishing)d. Etsa (Etching)e. Pemotretan.

Struktur mikro logam las biasanya kombinasi dari strukturmikrodibawahini:a)Batasbutir ferit,terbentukpertamakalipadatransformasiaustenit

feritbiasanyaterbentuksepanjangbatasaustenitpadasuhu1000650C.

b) Ferit Widmanstatten atau ferrite with aligned second phase,struktur mikro ini terbentuk pada suhu 750650C di sepanjangbatas butir austenit, ukurannya besar dan pertumbuhannya cepatsehinggamemenuhipermukaanbutirnya.

c)Feritacicular,berbentukintragranulardenganukuranyangkecildanmempunyaiorientasi arahyangacak.Biasanya feritacicularini terbentuk sekitar suhu 650C dan mempunyai ketangguhanpalingtinggidibandingkanstrukturmikroyanglain.

d) Bainit, merupakan ferit yang tumbuh dari batas butir austenitdan terbentuk pada suhu 400500C. Bainit mempunyaikekerasan yang lebih tinggi dibandingkan ferit, tetapi lebihrendahdibandingmartensit.

e) Martensit akan terbentuk, jika proses pengelasan denganpendinginan sangat cepat, struktur ini mempunyai sifat sangatkerasdangetassehinggaketangguhannyarendah.

Gambar2.6.Strukturmikroacicular ferrite(AF)dangrain boundary ferrite (GF) atau feritbatasbutir(Sonawan,2004)

Gambar 2.7. Struktur mikro ferit Widmanstatten(ASM,1989)

2.6 Fotomakro

Hasilpatahandiujitarikselanjutnyakitafotomakro,halinibertujuanuntukmenganalisabentukpatahandaripengujiantersebut,adapunlangkahlangkahdalamfotomakroadalahsebagaiberikut :a. Meletakanspesimenpadalandasanmikroskopoptik,aktifkan

mesin, dekatkan lensa pembesar untuk melihat permukaanspesimen.Pengambilanfotostrukturmikrodenganperbesaranuntuk hasil patahan uji tarik 9x. Lihatlah struktur makroapabilakurang jelas ataukabur, fokuskanlensa agar terlihatdenganjelas.

b. Sebelum gambar diambil, film dipasang pada kamera yangtelah disetel sedemikian rupa denganmenggunakan film asa200. Usahakan pada saat pengambilan foto tidak ada halapapun yang membuat mikroskop optik bergerak, karenaapabila mikroskop optik bergerak akan mempengaruhihasilnya.

3.METODEPENELITIAN

Dalam Tugas Akhir ini penelitian dilakukan melaluibeberapa tahapan, yaitu : menentukan tujuan dari penelitian,mengumpulkan dasar teori, menentukan prosedur penelitian,melakukan pengujian dan analisa hasil pengujian. Tahapanpenelitian tersebutdisusunagarpenelitianberjalansecara sistematis.Langkahlangkah untuk pengujian spesimen ini adalah sepertidiagramalirdibawahini.

Setelah pengujian dilakukan maka akan didapatkan datadatayangakandianalisalebihlanjut.Datahasilpengujianterhadapspesimen stainless steel yang diberikan proses pengelasan gesekyaituberupa : data tingkatkekuatantarik,data strukturmikro,danstrukturmakro.

Gambar 3.1 diagramalirpenelitian

4. ANALISISDATADANPEMBAHASAN

Setelah pengamatan, pengukuran serta pengujiandilaksanakan terhadap masingmasing benda uji, baik padapengelasan gesek dengan putaran mesin bubut 950 Rpm danputaran 1350 Rpm, didapatkan datadata seperti yang akanditampilkan pada bab ini bersamaaan dengan analisa setiappengujiandanpengamatan.

4.1. GambarSpesimen Stainlesssteel

Gambar4.1.a Spesimen Stainlesssteelputaran950Rpm

Gambar4.1.b SpesimenStainlesssteelputaran1350Rpm

4.2.HasilPengujianTarik

4.2.1.DataHasilPengelasanDanUjiTarik

ProsesPengelasan Mesin bubut dengan kecepatan

putar950Rpmdanatau1350Rpm

TekananBertahap

ProsesPengujianJenispengujian:

Pengujiantarik Pengujianstrukturmikro200x

Pengujianstrukturmakro

AnalisisdanPengolahanData:

Dataditampilkandalamdatatabeldangrafik

Selesai

Kesimpulandansaran

Mulai

IdentifikasiMasalah

Perencanaanpercobaan

PembuatanbahandenganmenggunakanStandar ASTMA370 4buahspesimenuntukkecepatan950Rpm 4buahspesimenuntukkecepatan1350Rpm

PengadaanBahan:

Stainlesssteelsilinder pejal Mesinbubut

4.2.2PembahasanPengujianTarik

Padagrafik4.1dapatdilihatbahwanilairataratakekuatantarik pada putaran pengelasan 950 Rpm adalah sebesar 167,99kN/mm2, dengannilaiwaktu rataratanya adalah63,67detik.Nilairataratakekuatan tarikpadaputaranpengelasan1350Rpmadalahsebesar 237,68 kN/mm2, dengan nilai waktu rataratanya adalah37,5 detik. Hal ini berarti bahwa pada pengelasan dengan putaran950 Rpm tersebut menghasilkan kekuatan tarik yang lebih tinggidari pada pengelasandengan1350Rpm. Sehingga pada percobaanini menunjukkan bahwa pengelasan dengan putaran tinggi dapatmempengaruhihasilkekuatantariklasanmenjadilebihtinggi.

4.3.HasilPengamatandarifotomikro

4.3.1 Gambarhasilpengamatanstrukturmikro

Gambar4.2.Strukturmikropadaspesimenputaran950Rpmpadadaerahlasperbesaran200xdenganskala50m

Gambar4.3.Strukturmikropadaspesimenputaran1350Rpmpadadaerahlasperbesaran200xdenganskala50m

4.3.2.Pembahasanhasilpengambilangambarstrukturmikro4.3.2.1.Strukturmikropadadaerahlas

Berdasarkan pada gambar 4.2 dan 4.3 terlihat partikelpartikelyangbesardankasar,butirannyaterdiridari perlit,ferit,danferit Widsmantattent. Daerah las merupakan bagian yang mencairpada saat pengelasan, dimana bagian ini mendapatkan temperaturyangsangattinggi.Strukturnyabanyakdipengaruhikecepatanputardan waktu. Pada gambar 4.2 dan 4.3 terdapat struktur ferit, perlitdan feritwidsmanstattent .Feritwidsmanstattent adalah ferit yangberbentuk garisgarismiring pada daerah las, dikarenakan ferit initerbentukpadasuhu6507500C.

Gambar4.4.Strukturmikropadaspesimenputaran950RpmpadadaerahHAZperbesaran200xdenganskala50m

Gambar4.5.Strukturmikropadaspesimenputaran1350RpmpadadaerahHAZperbesaran200xdenganskala50m

4.3.2.2.StrukturmikropadadaerahHAZ

Berdasarkanpadagambar4.4terdapatpartikelpartikelyangagakbesar.Danpadagambar4.5terdapatpartikelpartikelyangagaklembut. Struktur yang terdapat pada kedua gambar tersebut berupaferit dan perlit. Perbedaan bentuk partikel ini disebabkan olehperbedaanputaranpadawaktupengelasan,sehinggapengaruhpanaslebih cepat apabila putarannya lebih besar. Partikelpartikel padagambar (4.4) agak lebih besar dibandingkan dengan gambar 4.5dikarenakan bahwa semakin tinggi putaran pada waktu pengelasanstrukturmikroyangterlihatbesar.

Gambar4.6. Strukturmikropadalogamindukperbesaran200xdenganskala50m

4.3.2.3Strukturmikropadadaerahlogaminduk

Padadaerahlogamindukinidiambilpadawaktusebelumproses pengelasan. Berdasarkan pada gambar 4.6 terdapat srukturmikro yang didominasi kristal ferit dan perlit. Banyaknya strukturferit pada gambar mengakibatkan kekerasan bahannya rendah,sedangkankristalperlittidakdidominandalammaterial ini.Kristalperlit tampakbutiranberupaberwarnahitamataugelap.

4.4 HasilPengamatanfotomakro

4.4.1Gambarhasilfotomakro

Gambar4.7.Hasilpenampangpatahpadaspesimen putaran950Rpm

Gambar4.8.Hasilpenampangpatahpadaspesimenputaran1350Rpm

4.4.2.Pembahasanhasilfotomakro(penampangpatah)

Berdasarkan pada gambar foto 4.7 dan 4.8 bentukpenampangpatahspesimenputaranpengelasan950Rpmdan1350Rpm terlihat peleburan bahan dapat merata sehingga kekuatanpengelasan kuat.Sehinggadapatdisimpulkanbahwapadaputaranpengelasan950Rpmdan1350Rpmsangat cepatpanas,peleburansangat singkat, penyatuan permukaan bahan cepat merata dankekuatanpengelasansangatkuatsehinggahasilnyadapatmaksimal.

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan dari hasil penelitian dan analisa dalampenelitianinidapatdisimpulkansebagaiberikut:

a. Untukhasilkekuatan tarik penelitian iniyaitunilairataratapadaputaranpengelasan950Rpmadalah167,99kN/mm2dannilai waktu rataratanya adalah 63,67 detik. Nilai rataratapada putaran pengelasan 1350 Rpm adalah 237,68 kN/mm2

dannilaiwakturataratanyaadalah37,5detik.Sehinggadapatdisimpulkanbahwayangdapatmempengaruhihasilkekuatantarikmenjaditinggiadalahkecepatanputaranpengelasan.

b. Hasil struktur mikro pada spesimen putaran 950 Rpm danputaran 1350 Rpmmemperlihatkan banyaknya butiran ferit,danuntukkristalperlitberupabutiranhitamataugelap.Padadaerah las hasil pengelasanpada spesimen putaran 950Rpmdan 1350 Rpm terdapat struktur ferit widsmanstattent,sedangakanpadaspesimenputaran950Rpmdidominasiolehferit dengan sedikit perlit.DanpadadaerahHAZdan logaminduk di domonasi oleh lebih banyak ferit yang berwarnaterang lebih banyak dari pada perlit. Hasil pengamatanpenampang patah pada daerah pengelasan hampir seluruhpermukaanlasdapatmelebursehinggahasilpengelasandapatmaksimal.

5.2 Saran

Saranyangdapatdiberikansehubungandenganpenelitiantentang pengelasan ini adalah peneliti menyarankan kepadakalanganakademis,praktisibahwa :

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menambahvariasi putaran yang lebih besar sehingga dapat diperolehanalisa yang lebihlengkap.

2. Perlu dilakukan pangukuran tekanan agar mendapatkan hasilyangoptimal.

3. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menambahvariasi pengujian yaitu pengujian ketangguhan dan pengujianimpact.

DAFTARPUSTAKA

Arifin, Samsul (1977). Las listrik dan Otegen, Jakarta: GhaliaIndonesia

ASTMStandards,(2003).IronandSteelProducts,AnnualBookofASTMStandardsSectionI,volume01.02

ASM, (1989). Metallurgy and microstructures, ASM HandbookCommite,MetalPark,Ohio

Dietser,GeorgeE.(1987).Metalurgimekanik, Jakarta:Erlangga

Sonawan Hery adan Suratman Rochim (2004). Pengantar untukmemahamiprosespengelasanlogam Bandung.Alfabeta

Surdia, Tata dan Saito Sinroku (1991). Pengetahuan bahan teknikJakarta:PradnyaParamita

Widharto,Sri, (2001). Petunjukkerjalas Jakarta:PradnyaParamita

Wiryosumarto, Harsono dan Okumura Toshie (1991). Teknologipengelasanlogam Jakarta:PradnyaParamita