Prosiding Seminar Nasional Material Dan Metalurgi VIII

Prosiding

Seminar Nasional Material dan Metalurgi (SENAMM VIII) 2015

ISBN 978-602-73461-0-9

5 November 2015

Eastparc Hotel

Yogyakarta

Fakultas Teknik

Universitas Gadjah Mada

Yogyakarta

Prosiding Seminar Nasional Material dan Metalurgi (SENAMM VIII)

Yogyakarta, 5 November 2015

Departermen Teknik Mesin dan Industri

ISBN 978-602-73461-0-9

ii

SUSUNAN PANITIA / DEWAN REDAKSI

Penanggung Jawab : Prof. Ir. Jamasri, Ph.D.

(Ketua Departemen Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik UGM)

Panitia Pengarah : 1. Prof. Dr. Rochmin Suratman (ITB)

2. Prof. Dr. Ir. Johny Wahyuadi M.Soedarsono, DEA (UI)

3. Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA. (ITS)

4. Alfirano, ST., Ph.D (UNTIRTA)

Reviewer : 1. Prof. Ir. Jamasri, Ph.D. (UGM)

2. Prof. M.Noer Ilman, S.T., M.Sc., Ph.D D (UGM)

3. Ir. Heru SBR., M.Eng., Ph.D (UGM)

4. Ir. M.Waziz Wildan, MSc., Ph.D (UGM)

5. M.K. Herliansyah, ST., MT., Ph.D (UGM)

6. Prof. Dr. Rochmin Suratman (ITB)

7. Dr. Aditianto Ramelan (ITB)

8. Prof. Dr. Ir. Johny Wahyuadi M.Soedarsono, DEA (UI)

9. Prof. Dr. Ir. Bondan Tiara Sofyan, M.Si. (UI)

10. Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA. (ITS)

11. Sungging Pintowantoro, Ph.D (ITS)

12. Alfirano, ST., Ph.D (UNTIRTA)

13. Dr.Eng. A. Ali Alhamidi, ST., MT. (UNTIRTA)

14. Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. (UNS)

15. Dr. Sularjoko, ST., MT. (UNDIP)

Ketua Panitia : Dr. Kusmono, ST., MT.

Sekretaris : Dr. Eng. Priyo Tri Iswanto, ST., M.Eng

Bendahara : M.K. Herliansyah, ST., MT., Ph.D




ISBN 978-602-73461-0-9

iii

Koord. Pelaksana : Fellando Martino Nugroho

Sekretaris Pelaksana : Annisa Navi Syarani

Bendahara Pelaksana : Muhammad Aditya Permana

Kesekretariatan : Leonardus Herjuno

Acara : Nur Kholis Majid

Perlengkapan & Logistic : Hanan Yunisar Saputra

Desain : Muhammad Ridwan Setyawan

Humas & Publikasi : Farid Ibrahim

Dokumentasi : Luqman Adi




ISBN 978-602-73461-0-9

iv

KATA PENGANTAR

Seminar Nasional Material dan Metalurgi (SENAMM) merupakan seminar tahunan yang

diadakan oleh Forum Komunikasi Material dan Metalurgi Indonesia (FKMMI). Pada tahun ini,

SENAMM VIII diorganisir oleh Departemen Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik,

Universitas Gadjah Mada dengan mengambil tema Materials for Sustainable Development and Environment.

Pada tahun ini, SENAMM VIII 2015 dilaksanakan bekerja sama dengan 8th Regional

Conference on Mechanical and Manufacturing Engineering (RCMME) dan 1st International

Conference on Mechanical and Manufacturing (ICMME) yang didukung oleh AUN/SEED-Net

Program, Jepang.

Prosiding ini merupakan kumpulan makalah yang dipresentasikan pada SENAMM VIII

2015. Sejumlah 57 makalah yang berasal dari berbagai institusi pendidikan maupun lembaga

penelitian telah dipresentasikan pada SENAMM VIII 2015. Makalah tersebut dikelompokan

menjadi lima kelompok yaitu logam, polimer, komposit, keramik, dan material maju.

Kami atas nama Panitia SENAMM VIII 2015 menyampaikan terima kasih sebesarbesarnya

kepada AUN/SEED-Net Program Jepang atas dukungannya. Ucapan terima kasih juga kami

sampaikan kepada para penilai/reviewer atas waktunya dalam menilai makalah SENAMM VIII

2015. Kami juga mengucapkan banyak terima kasih kepada seluruh panitia SENAMM VIII,

RCMME & ICMME, dan FKMMI atas segala bantuan dan kerja samanya dalam menyukseskan

seminar ini.

Ketua Panitia SENAMM VIII

Dr. Kusmono




ISBN 978-602-73461-0-9

v

Daftar Isi

Halaman Judul ........................................................................................................................... i

Susunan Panitia / Dewan Redaksi ............................................................................................. ii

Kata Pengantar ............................................................................................................................ iv

Daftar Isi .................................................................................................................................... v

A LOGAM HAL

Pengembangan Dredge Cutter Teeth: Mikrostruktur, Sifat Mekanik dan

Ketahanan Aus

Arif Basuki

2

Analisa Pengaruh Bentuk Benda Uji Tarik Terhadap Kekuatan Tarik UNS

S20100

Rianti Dewi Sulamet-Ariobimo, Johny Wahyuadi Soedarsono, Yusep Mujalis, Tono

Sukarnoto, Andi Rustandi, Dody Prayitno

7

Pengaruh Peningkatan Derajat Deformasi Canai Hangat terhadap Perubahan

Morfologi Struktur Paduan Cu-Zn 70/30

Eka Febriyanti, Dedi Priadi, Rini Riastuti

10

Pengaruh Kecepatan Putaran Tool Terhadap Struktur Mikro, Kekerasan

dan Kekuatan Tarik Pada Sambungan Las FSW Tak Sejenis Antara AA5083

dan AA6061-T6

FX. A. Wahyudianto, M.N. Ilman, P.T. Iswanto, Kusmono

17

Analisa Kegagalan Kabel Sling Penambat Tongkang

Husaini Ardy, Winda Rianti

23

Studi Perilaku Korosi Pada Material Austenitic Stainless Steel Seri 304 dan

316 Dalam Campuran Larutan HNO3-NaCl

Andi Rustandi, Panji Aji Wibowo, Johny Wahyuadi Soedarsono, M. Akbar

Barrinaya

28

Pengaruh Variasi Resistivitas dan Kadar Air Tanah Terhadap Arus Proteksi

Sistem Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) Pada Pipa API 5L

Grade B Dengan Variasi Goresan Lapis Lindung

Tubagus Noor Rohmannudin, Sulistijono, Arini Santoso

31




ISBN 978-602-73461-0-9

vi

Kajian Awal Pengaruh Faktor Lingkungan Terhadap Laju Korosi

Atmosferik Pada Baja Karbon Rendah di Bandung

Asep Ridwan Setiawan, Gunawan Wibisono

37

Studi Oksidasi Baja Feritik SA213 T91 dan T22 di Udara Pada Temperatur

550 dan 650C

Asep Hermawan, Husaini Ardy , Asep Ridwan Setiawan

43

Analisis Pengaruh Siklus Pemanasan Terhadap Lapisan Oksida di Logam

Induk dan Lasan Baja Feritik SA213 T91 pada Temperatur 650 dan 750C

Azzahra Rahmani Ali, Husaini Ardy, Asep Ridwan Setiawan

48

Pengendapan Tembaga dari Larutan Tembaga Sulfat dengan Metode

Elektrolisis

Nadia Chrisayu Natasha dan Rudi Subagja

54

Analisis Pengaruh Konsentrasi Larutan FeCl3 dan Waktu Leaching terhadap

Reduksi Logam Tembaga dari Bijih Chalcopyrite dengan Metode

Hydrometallurgy

Johny Wahyuadi Soedarsono, Erwin, M. Akbar Barrinaya, Yudha Pratesa

59

Pengaruh Reduksi Roasting Dan Konsentrasi Leaching Asam Sulfat

Terhadap Recovery Nikel Dari Bijih Limonite

Johny Wahyuadi Soedarsono, Gana Damar Kusuma, Andi Rustandi, M. Akbar

Barrinaya

64

Analisa Pengaruh Komposisi Batubara terhadap Kadar Fe dan Derajat

Metalisasi pada Proses Reduksi Besi Oksida dalam Pasir Besi

Sungging Pintowantoro, Fakhreza Abdul, Asshid Bahtiar Anhar

69

Proses Reduksi Residu Hasil Ekstraksi Bijih Limonit Buli dengan

Menambahkan Batubara pada Variasi Temperatur

Tri Partuti, Johny Wahyuadi Soedarsono

74

Pengaruh basisitas dan % batu bara terhadap perolehan Fe hasil peleburan

besi spons bijih besi Kabupaten Merangin Jambi

Soesaptri Oediyani, Iing Sakti, Agis Priyatna, Djoko HP

78

Analisis Pemesinan Pada Baja Perkakas SLD dengan Pengaruh GAP

Terhadap Nilai MRR and Surface Roughness Pada Electrochemical

Machining (ECM)

Sadiwana, Feriyantaa, Aris Widyo Nugrohoa, Tutik Sriania, Gunawan Setia

Prihandanaa,

83




ISBN 978-602-73461-0-9

vii

Analisa Waktu Pemesinan SLD Terhadap Kedalaman Lubang pada

Pembuatan Roda Gigi Menggunakan Metode Electrochemical Machining

Feriyantaa, Sadiwana, Aris Widyo Nugrohoa, Tutik Sriania, Gunawan Setia

Prihandanaa,

86

Studi Ketahanan Korosi Sumuran Pada Baja Tahan Karat SUS 316L, SUS

317L, SUS 329J dAN HC-276 Dalam Larutan Asam Asetat Yang

Mengandung Ion Bromida

Rini Riastuti, Dandi Panggih Triharto, Adam Hidana Yudo Saputro

89

Pengaruh Shot Peening Setelah Nitriding Terhadap Fenomena Die Soldering

Pada Baja 8407 Supreme Dan Dievar Untuk Pengecoran Paduan Aluminium

Al-Si (Tipe ADC12)

Myrna Ariati Mochtar, Wahyuaji Narottama Putra, Stefany Aprilya N Simanjuntak

95

Evaluasi Metode Rietveld Untuk Analisis Kuantitatif Senyawa Konsentrat

Bijih Besi

Sri Harjanto, Heri Hidayat, Adji Kawigraha

101

Pengaruh pH dan laju aliran fluida pada flow loop system terhadap

karakteristik korosi baja karbon rendah di lingkungan asam lemah

Budi Agung Kurniawan, Rizqi Ilmal Yaqin

105

Sintesis Pertumbuhan Kristal Aluminium Nitrida (AlN) Terhadap Massa

Serbuk Aluminium dan Waktu Sputtering dengan Metode Vapor-Liquid-

Solid (VLS)

Ice Trianiza, Diah Susanti, Haryati Purwaningsih, Haniffudin Nurdiansyah

110

Sintesis Aluminium Nitrid melalui Metode Vapor-Liquid-Solid (VLS) dengan

Variasi Temperatur dan Waktu Proses

Mavindra Ramadhani, Diah Susanti, Hariyati Purwaningsih, Haniffudin

Nurdiansah

116

Studi pengaruh campuran larutan H2SO4-HCl dan H2SO4-HNO3 terhadap

perilaku korosi baja karbon ASTM A620 dengan metode imersi dan

polarisasi

Bambang Widyanto, Asep Ridwan Setiawan, Reza Aghla Ardyan, Marlina Siagian

121

B POLIMER

Pengaruh Perlakuan Alkali dan Pengukusan Terhadap Kekuatan Serat

Batang Pelepah Salak (Salacca Zalacca)

Seno Darmanto, Heru Santoso B.R., Ragil Widyorini dan Jamasri

127




ISBN 978-602-73461-0-9

viii

Studi Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan Tarik Serat Daun Agel

(Corypha Gebanga)

Hendri Hestiawan, Jamasri, Kusmono

132

Pengaruh Acrylic Terhadap Sifat Mekanik dan Termal Bioplstik Pati/Lateks

Karet Alam

Mardiyati, Steven, R.Suratman

136

Pengaruh Penambahan Gliserol terhadap Struktur, Morfologi Granula dan

Sifat Mekanik Plastik Pati Ganyong

Reyza Prasetyo, Mardiyati, Steven, R. Suratman

140

Pengaruh Komposisi Pelarut dan Ketebalan Cat Epoksi Terhadap Daya

Lekat dan Tingkat Pelepuhan (Blistering) pada Lingkungan NaCl yang

Diaplikasikan pada Baja Karbon

Maulana Mufti Muhammad, Agung Purniawan dan Hosta Ardhyananta

144

Pemanfaatan Plastik HDPE Dan LLDPE Sebagai Reduktor Pada Proses

Reduksi Langsung Bijih Besi Lokal

Milandia Anistasia, Fadli Ulul

150

The Effect of Variation of Surfactant Pluronic P123 to Pores Diameter in

Synthesis of SBA-15 Mesoporous Material

Donanta Dhaneswara, Yus Prasetyo

155

C KOMPOSIT

Karakteristik Antarmuka Komposit Semen Berpenguat Bambu Gombong

(BRC)

Aditianto Ramelan, Riska Rachmantyo, M. Kurnia Bijaksana, Firmansyah Sasmita

160

Sintesis dan Karakterisasi Membran Kitosan-Kolagen-Nano Karbonat

Hydroxyapatite

Erizal, Basril Abbas, Dian Pribadi Perkasa, Nofita Chairni

165

Kajian Awal Pembuatan Biokomposit Pati Tapioka Berpenguat Serat Rami

Acak

Hermawan Judawisastra, Lydia Virginia, Mardiyati

170

Karakterisasi Material Komposit Untuk Rekayasa Balik Komponen Isolator

Bar Sambungan Rel

Hermawan Judawisastra, Haroki Madani, Haryo Wibowo

176




ISBN 978-602-73461-0-9

ix

Sifat Tarik Biokomposit Pati Singkong Berpenguat Serat Rami Searah

Hermawan Judawisastra, Fatma Azzahro, Mardiyati

182

Sifat Tarik Komposit Poliester Berpenguat Serat Bambu Petung

Hermawan Judawisastra, Mohammad Syahirul Rosadi

187

Pemodelan Pengaruh Arah Serat Terhadap Kekuatan Impak Balistik

Komposit E-Glass/Isophthalic Polyester

Rizal Panglevie, Mas Irfan P. Hidayat, Sulistijono dan Lukman Noerochim

193

Manufaktur Sepatu Rem Komposit Kereta Api: Pengaruh Lama Pres Panas

Terhadap Sifat Mekanik

Eko Surojo, Jamasri, Viktor Malau, dan Mochammad Noer Ilman

200

Karakteristik Komposit Aluminium 6061 Berpenguat Al2O3 Hasil Proses

Pengecoran Aduk (Stir Casting)

Anne Zulfial, Eric Tanoto

206

Studi Pengaruh Penambahan Pb(II) Terhadap Morfologi Dan Konduktifitas

Listrik Komposit PANI/Pb

Sigit Tri Wicaksono*, Muhammad Khairurreza, Hosta Ardhyananta

213

Pengaruh Temperatur Sintering Terhadap Komposit (TiC - 25NiCr) dan

[(Ti0,7Mo0,3)17C - 25NiCr] Hasil Pemaduan Mekanik Menggunakan

Metode Planetary Ball Mill

Ali Alhamidi, Suryana, M. Luthfi Hilman

220

D KERAMIK

Pemanfaatan Besi Oksida Steel Slag sebagai Bahan Baku Magnet barium

heksaferit

Aufar Ridwansyah, Ahmad Nuruddin, Aditianto Ramelan

226

Ekstraksi Titanium Dioksida (TiO2) Dalam Bentuk Synthetic Rutile Dari

Pasir Ilmenite (FeTiO3) Melalui Proses Becher

Andinnie Juniarsih, Ir. Yuswono,Ujang Daud Septian

231

Sifat Mekanis Beton Geopolimer dengan Agregat Limbah Beton Semen

Portland

Sotya Astutiningsih, Henki W. Ashadi, Daniel A. Hartanto

237




ISBN 978-602-73461-0-9

x

E MATERIAL MAJU

Ketahanan aus paduan Co-Cr-Mo F75 untuk aplikasi biomedis pada cairan

tubuh simulasi

Alfirano, Dizzy Agni, Alfan G. Sauri, Suryana, Anistasia Milandia

242

Sutera Laba-Laba dan Ulat Sutera sebagai Material Scaffold untuk Aplikasi

Rekayasa Jaringan Kulit

Untung Ari Wibowo, Hermawan Judawisastra, Regina Giovanni, Anggraini

Barlian

246

Sintesis Nanomaterial TiO2 Doping Al dengan Metode Sol-Gel dan

Penerapannya Sebagai Sensor Gas CO

Hariyati Purwaningsih, Rindang Fajarin, Malik Anjelh Baqiya, Irma Apsella

251

Pengaruh Komposisi Lembaran Anoda LTO (Li4Ti5O12) Terhadap Performa

Sel Baterai Ion Lithium

Slamet Priyono, Suci Purnama Sari, Herli Ginting, Bambang Prihandoko

256

Pengolahan Limbah Padat Pabrik Gula Sebagai Sumber Silika Bahan

Penyusun Solid Electrolyte Fast Ionic Conductor

Vania Mitha Pratiwi, Hariyati Purwaningsih, Heru Setyawan

261

Pengaruh Proses Kalsinasi Secara Vakum Pada Sintesa Senyawa LIBOB

sebagai Elektrolit Baterai Litium Ion

Titik Lestariningsih, Etty Marti Wigayati, Bambang Prihandoko

267

Analisa Konduksi Panas Pada Functionally Graded Materials Dengan Metode

Meshless

Mas Irfan P. Hidayat

272

Analisa pengaruh waktu ultrasonikasi sintesis graphene dan komposisi

graphene-TiO2 terhadap unjuk kerja Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)

Diah Susanti, Umar Faruk, Hariyati Purwaningsih, Hanifuddin Nurdiansyah,

Rindang Fajarin, Ratna Budiawati

278

Pengaruh waktu ultrasonikasi sintesis graphene dan susunan komposit

laminat graphene-TiO2 terhadap unjuk kerja Dye Sensitized Solar Cell

Diah Susanti, Yunizar Natanael Pragistio, Hariyati Purwaningsih, Hanifuddin

Nurdiansyah, Rindang Fajarin, Ratna Budiawati

285

Pengaruh Waktu Pelindian dengan NaOH dan Karbonasi dengan CO2 Pada

Ekstraksi Campuran Senyawa SiO2-Al2O3-LiOH

Wahyuaji Narottama Putra, Muhammad Firdaus, Sri Harjanto

292




ISBN 978-602-73461-0-9

xi

Studi Perilaku Korosi Paduan Zr-xMo dan Zr-yNb Hasil Metalurgi Serbuk

untuk Aplikasi Biomaterial

Badrul Munir, Niken Anggraini

298


Yogyakarta, 5 November


ISBN 978-602-73461-0-9

A Logam

1

VAIOText Box




ISBN 978-602-73461-0-9

Pengembangan Dredge Cutter Teeth:

Mikrostruktur, Sifat Mekanik dan Ketahanan

Aus

Arif Basuki Institut Teknologi Bandung, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara,

Program Studi Teknik Material, Bandung 40132, Indonesia.

[email protected]

Abstract This research is aiming to develop dredge cutter teeth, high consumable components required for mining

operation. Low alloy steel with chemical composition of 0,23%w C, 1,13%w Mn, 1,18%w Si, 0.47%w Ni,

1,07%w Cr dan 0,29%w Mo was chosen as a material for the developed dredge cutter teeth. Three heat

treatment methods were applied to the as cast teeth i.e. normalizing, oil quenching, and quench-tempering.

Airjet erosion tests and a full scale functional test were performed to the heat treated specimens in order to

determine which heat treatment method gives the best result. Normalizing process resulted in the highest wear

resistance among all the heat treatment methods. This is due to the present of ferrite, pearlite and bainite in the

microstructure of normalized specimen which its surface deforms plastically during erosion and abrasion.

Keywords dredge cutter teeth, heat treatment, erosion, abrasion, plastic deformation.

1. Pendahuluan Salah satu teknik pengerukan yang lazim

diterapkan dalam pertambangan adalah dengan

bucket wheel drive. Teknik tersebut

mengandalkan komponen pemotong berupa

dredge cutter teeth (untuk selanjutnya disebut

teeth). Terkait dengan kondisi operasinya,

komponen ini dituntut untuk memiliki ketahanan

aus yang tinggi. Usia pengoperasian komponen

tersebut sangat ditentukan oleh ketahanan aus

material yang digunakan.

Saat ini, material yang relatif unggul dan

paling banyak digunakan untuk teeth tersebut

adalah baja dengan merek dagang Creusabro

8000. Kekerasan baja tersebut sekitar 480 BHN

dengan mikrostruktur yang kompleks berupa

martensite, bainite, retained austenite dan micro

carbide. Meskipun memiliki ketahanan aus yang

unggul, namun mikrostruktur yang kompleks

tersebut diperoleh dengan komposisi kimia yang

sangat spesifik dan perlakuan panas yang rumit

serta memerlukan pengendalian proses yang

sangat ketat [1].

Penelitian ini bertujuan untuk

menghasil-kan teeth jenis flared dengan material

berupa baja coran yang perlakuan panasnya

mudah dilakukan. Komposisi kimia baja coran

juga dipilih dengan paduan yang mudah diperoleh

di pasaran. Gambar 1 menunjukkan produk yang

dihasilkan dalam penelitian ini.

Gambar 1. Produk coran komponen dredge

cutter teeth yang dihasilkan.

Disamping menghasilkan produk coran

teeth, penelitian ini juga bertujuan untuk

menentukan kondisi pendinginan optimal pada

perlakuan panas yang dilakukan terhadap produk

coran tersebut. Kondisi pendinginan optimal

tersebut ditentukan berdasarkan pada hasil

pengujian keausan erosi di laboratorium dan hasil

pengujian fungsi di lapangan (full scale

functional test).

2. Metode Komponen teeth berupa baja coran

dengan komposisi kimia 0,23%w C, 1,13%w Mn,

1,18%w Si, 0.47%w Ni, 1,07%w Cr dan

0,29%w Mo. Terhadap produk coran tersebut

kemudian dilaku-kan perlakuan panas dengan

parameter seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Parameter proses perlakukan panas

Kode Pemanasan Pendinginan Penemperan

N 850oC

3jam

udara bebas -

O celup oli -

T celup air 200oC-2jam N: normalizing O: oil quenching T: quench-tempering

Pengujian kekerasan dan impak (CVN)

pada temperatur kamar dilakukan terhadap ketiga

2




ISBN 978-602-73461-0-9

spesimen N, O dan T. Pengujian keausan

dilakukan berdasarkan standar ASTM G 76

dengan Airjet Erosion Tester TR470-Ducom [2].

Uji aus tersebut dilakukan dengan menumbukkan

partikel alumina berdiameter 50 m dengan sudut 30o terhadap permukaan spesimen selama 15

menit. Laju aliran berat partikel alumina yang

ditumbukkan sebesar 5 g/menit dengan kecepatan

100 m/detik.

Pengujian keausan juga dilakukan pada

skala operasi normal di lapangan. Konfigurasi

teeth pada bucket wheel drive ditunjukkan pada

Gambar 2. Kondisi pengerukan dilakukan

terhadap tanah atas (overburden) yang sebagian

besar lapisannya berupa tanah liat (clay).

Pengujian dilakukan selama 96,5 jam operasi.

Laju keausannya diukur dengan menimbang teeth

sebelum dan sesudah diuji. Dalam pengujian ini

selain teeth hasil penelitian ini juga diuji 2 jenis

teeth produk impor sebagai pembanding. Salah

satu dari teeth produk impor tersebut

menggunakan baja jenis Creusabro 8000.

Gambar 2. Konfigurasi dredge cutter teeth

pada bucket wheel drive dalam

pengujian aus di lapangan.

3. Hasil dan Pembahasan Data dan gambar yang terdapat dalam

Tabel 2 menunjukkan mikrostruktur, kekerasan

dan hasil uji impak (CVN) dari 3 spesimen teeth

yang telah mengalami perlakuan panas.

Sebagaimana yang diharapkan, spesimen

hasil normalizing (N) memiliki kekerasan yang

paling rendah dengan mikrostruktur ferrite,

pearlite dan bainite. Kekerasan paling tinggi

dimiliki oleh spesimen hasil quench-tempering

(T) dengan mikrostruktur berupa tempered

martensite, retained austenite dan carbide.

Kombinasi optimal antara kekerasan dan

ketangguhan (energi impak) dimiliki oleh

spesimen yang dihasilkan dari proses oil-

quenching (O). Mikrostruktur dalam spesimen O

ini didominasi oleh bainite. Kombinasi optimal

antara kekerasan dan ketangguhan diakibatkan

oleh fasa bainite dalam spesimen hasil proses oil-

quenching.

Gambar 3 menunjukkan potongan

penam-pang spesimen setelah dilakukan

pengujian aus (erosi). Akibat erosi oleh partikel

alumina, kawah yang terbentuk pada spesimen T

terlihat lebih panjang dan lebih dalam dibanding

kawah yang terbentuk pada spesimen O dan N.

Hal ini menun-jukkan bahwa spesimen T yang

kekerasannya paling tinggi justru memiliki

ketahanan aus (erosi) paling rendah. Perhitungan

ketahanan aus (erosi) yang dilakukan dengan cara

mengukur selisih berat spesimen sebelum dan

sesudah diuji aus (erosi) menunjukkan

kecenderungan yang sama, sebagaimana

ditunjukkan dalam Tabel 3.

Ketahanan aus (erosi) tertinggi dimiliki

oleh spesimen N yang memiliki kekerasan

terendah dengan mikrostruktur berupa ferrite,

pearlite dan bainite, sedangkan spesimen T

dengan mikrostruktur tempered martensite,

retained austenite dan carbide memiliki

ketahanan aus terendah meskipun kekerasannya

paling tinggi. Spesimen O yang memiliki

mikrostruktur bainite, martensite dan retained

austenite, sebanding dengan kekerasannya

memiliki ketahanan aus (erosi) diantara spesimen

N dan T.

Tabel 2. Mikrostruktur dan sifat mekanik

teeth hasil perlakuan panas

Kode Mikrostruktur

Kekerasan

& Energi

impak

N

ferrite, pearlite, bainite

311 BHN

10 Joule

3




ISBN 978-602-73461-0-9

O

bainite, martensite, retained

austenite

432 BHN

16 Joule

T

tempered martensite,

retained austenite, carbide

481 BHN

9 Joule

Gambar 3. Penampang kawah hasil uji aus

(erosi) spesimen teeth setelah

dilakukan proses normalizing, oil-

quenching dan quench-tempering.

Ketahanan aus (erosi), bila diurut ber-

dasarkan mikrostrukturnya maka dapat

dinyatakan bahwa fasa ferrite-pearlite memiliki

ketahanan aus tertinggi sedang fasa martensite-

carbide memiliki ketahanan aus terendah. Hal ini

selaras dengan dengan hasil penelitian dalam

pustaka [4].

Gambar 4. Deformasi plastis dan retakan yang

terjadi pada permukaan 3 jenis

spesimen yang diuji aus (erosi).

Tabel 3. Hasil uji aus spesimen di laboratorium

dan uji aus komponen di lapangan

Kode spesimen/

komponen teeth

N O T

Pengujian

A. Aus (jet erosion), selama 15 menit

Pengurangan berat

[mg]

50,3 51,7 54,5

Laju erosi [mg/min] 3,35 3.45 3.63

B. Aus di lapangan, selama 96,5 jam

Pengurangan berat

[kg]

2,30 2,70 2,45

Laju erosi [kg/jam] 0,024 0,028 0,025

Mekanisme pengikisan oleh partikel

alumina terhadap permukaan spesimen hasil

pengujian aus (erosi) ditunjukkan pada Gambar 4.

Pada spesimen N pengikisan yang terjadi diawali

oleh deformasi plastis, sedangkan pengikisan

pada spesimen T diawali dengan terjadinya

retakan.

Rendahnya kekerasan spesimen N ini

dapat diartikan bahwa spesimen N memiliki

kekuatan luluh (yield strength) yang lebih rendah

4




ISBN 978-602-73461-0-9

dibanding spesimen O dan T. Dengan demikian,

tumbukan partikel alumina mampu

mengakibatkan deformasi plastis pada permukaan

spesimen N. Fasa yang keras dan getas berupa

martensite dan carbide yang dimiliki oleh

spesimen T menjadi penyebab terbentuknya

retakan pada saat permukaan spesimen T

tertumbuk oleh partikel alumina. Retakan-retakan

tersebut akan terus merambat dan jika retakan-

retakan tersebut bertemu maka sebagian

permukaan spesimen T akan terlepas sebagai

wear debris. Mekanisme pengikisan (erosi)

melalui deformasi plastis dan retakan yang

teramati dalam penelitian ini sesuai dengan

mekanisme erosi yang dijelaskan dalam pustaka

[4]. Mekanisme tersebut menjelaskan mengapa

spesimen T yang keras justru memiliki ketahanan

erosi yang tinggi.

Gambar 5. Uji aus di lapangan terhadap teeth

yang dibuat dalam penelitian ini

[D] dan teeth produk impor [I.

Hasil pengujian aus di lapangan (full

scale functional test) ditunjukkan dalam Tabel 3.

Dalam pengujian ini komponen teeth hasil proses

normalizing memiliki laju erosi paling rendah

yang berarti memiliki ketahanan aus tertinggi.

Berbeda dengan ketahanan erosi, komponen teeth

hasil proses quench-tempering (T) memiliki

ketahanan aus hasil uji lapangan yang lebih tinggi

dibanding komponen teeth hasil proses oil-

quenching (O). Kemungkinan yang menjadi

penyebab perbedaan ini adalah mekanisme

keausan pada pengujian lapangan tidak hanya

erosi melainkan juga abrasi. Penelitian tentang

keausan dengan mekanisme abrasi sedang

dilakukan dan akan segera dipublikasikan.

Dalam pengujian lapangan juga

dilakukan pengujian terhadap 2 komponen teeth

produk impor dari 2 negara. Hasil pengujian

terhadap 3 komponen teeth ditunjukkan pada

Gambar 5. Pengujian lapangan dilakukan selama

96,5 jam dan dari pengukuran selisih panjang

komponen teeth sebelum dan sesudah pengujian

diperoleh ketiga komponen teeth mengalami

keausan yang hampir sama sekitar 0,52 mm/jam.

Dengan demikian, dapat dinyatakan ketiga

komponen teeth tersebut memiliki ketahanan aus

yang sama bila digunakan dalam pengerukan

lapisan overburden berupa tanah liat (clay).

Hal penting yang perlu dicatat dari

penelitian ini adalah bahwa komponen teeth yang

terbaik adalah komponen hasil proses

normalizing. Dari segi proses pembuatan

komponen teeth dengan perlakuan panas berupa

normalizing tentu sangat menguntungkan. Proses

normalizing, selain mudah dilaksanakan juga

tentu lebih murah dibanding proses oil-quenching

dan quench-tempering.

4. Kesimpulan Dari pengecoran dan perlakuan panas

komponen teeth, serta pengujian laboratorium

dan lapangan diperoleh beberapa hasil dan

kesimpulan sebagai berikut:

Komponen dredge cutter teeth jenis flared telah berhasil dibuat dengan

menggunakan baja paduan rendah

dengan komposisi kimia 0,23%w C,

1,13%w Mn, 1,18%w Si, 0.47%w Ni,

1,07%w Cr dan 0,29%w Mo.

Ketahanan aus (erosi dan abrasi) tertinggi dimiliki oleh komponen dredge

cutter teeth jenis flare hasil proses

normalizing.

Komponen dredge cutter teeth dengan kekerasan relatif rendah serta memiliki

mikrostruktur berupa ferrite, pearlite dan

bainite memiliki ketahanan aus yang

tinggi akibat kemampuanya untuk

berdeformasi plastis pada saat tererosi

dan terabrasi.

5




ISBN 978-602-73461-0-9

Daftar Pustaka [1] ArcelorMittal, Creusabro 8000-A high

performance wear resistant steel, available at

www.arcerolmittal.com, diakses Januari 2015.

[2] Airjet Erosion Tester TR470, Instuction Manual, Ducom, 2011.

[3] A.V. Reddy, G. Sundararajan, 1987, The Influence of Grain Size on the Erosion Rate

of Metals, Metallurgical Transaction, Vol. 18A.

[4] Hwei-Yuan Teng, 2003, Erosion Behaviour of CA-15 Tempered Martensitic Steel, Materials Transactions, Vol. 44, No. 7 , The Japan Institute of Metals.

6




ISBN 978-602-73461-0-9

Analisa Pengaruh Bentuk Benda Uji Tarik Terhadap Kekuatan Tarik UNS

S20100

Rianti Dewi Sulamet-Ariobimo1, Johny Wahyuadi Soedarsono2, Yusep Mujalis1, Tono

Sukarnoto1, Andi Rustandi2, Dody Prayitno1 1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti

Kampus A Jl. Kyai Tapa No. 1 Grogol, Indonesia 2 Departmen Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Kampus UI Depok - Depok, Indonesia

[email protected]

Abstract

Unlike hardness testing, tensile testing needs standardized tensile specimen to guarantee the testing result.

The tensile specimens were standardized since the finding of Goh and Shang that specimen dimensions will

affect the tensile properties. This worked discussed the effect of specimen dimension to the tensile properties

of stainless steel plate. UNS S20100 plate with 1 mm of thickness are used in this worked. The specimens are

JIS Z2201 No. 13-B and 5. The result shows that from the three tensile properties that were examine,

elongation is the most sensitive to specimen width changing.

Keywords: Tensile specimen; Tensile Properties; TWDI; Stainless Steel

1. Pendahuluan Goh dan Shang pada penelitian mereka

di tahun 1982 menemukan bahwa ternyata

bentuk benda uji tarik mempengaruhi sifat tarik

[1]. Ada 3 parameter yang sangat menentukan

hasil penarikan sebuah pelat, yaitu ketebalan

pelat, lebar benda uji tarik dan arah gaya proses

canai. Walaupun demikian dalam standar

pengujian Japanese Industrial Standard (JIS)

[2] masih terdapat beberapa jenis benda uji tarik

yang diijinkan untuk digunakan. Sulamet-

Ariobimo dkk [3] dalam penelitiannya terkait

pelat thin wall ductile iron (TWDI)

mendapatkan hasil yang berbeda ketika

menggunakan benda uji tarik Z2201 No. 5 dan

No. 13. Hasil penelitian itu menunjukan bahwa

untuk pelat TWDI perbedaan terbesar kekuatan

tarik (UTS atau Rm) terbesar adalah 34%,

sedangkan kekuatan luluh (Yield atau Ry) 38%

dan elongasi sebesar 541% [3,4]. Pada

penelitian selanjutnya, Sulamet-Ariobimo dkk

menggunakan kedua bentuk benda uji tarik yang

sama untuk menguji dua jenis pelat dari logam

yang berbeda. Pelat yang dipilih adalah pelat

baja SS400 untuk kelompok fero dan pelat

aluminium AA1100 untuk mewakili logam non

fero. Hasil penelitian menunjukan bahwa untuk

pelat baja SS400 diperoleh perbedaan yang

tidak signifikan pada elongasi (5%) dan tidak

ada perbedaan pada hasil kekuatan tarik

maksimum dan kekuatan luluh [4,5]. Sedangkan

pada aluminium terjadi perbedaan yang cukup

signifikan untuk elongasi (53%), perbedaan

tidak signifikan pada kekuatan tarik maksimum

(5%) dan tidak terdapat perbedaan pada

kekuatan luluh. Hasil-hasil penelitian ini

menunjukan bahwa elongasi adalah sifat tarik

yang paling peka terhadap perubahan dimensi

benda uji tarik. Paper ini membahas tentang

pengaruh benda uji tarik terhadap pelat stainless

steel

2. Metodologi

Dua jenis benda uji tarik JIS Z 2201

No. 5 dan 13-B (Gambar 1) dibuat pada satu

lembar pelat stainless steel. Ketebalan pelat

adalah 1 mm. Proses pembuatan benda uji tarik

dilakukan pada orientasi arah gaya proses yang

sama. Masing-masing benda uji tarik dibuat

sebanyak 5 buah. Selanjutnya semua benda uji

tarik ditarik dengan mengikuti standar JIS Z

2241.

JIS Z 2201 No. 13(B)

JIS Z 2201 No. 5

Gambar 1. Bentuk Benda Uji Tarik

7




ISBN 978-602-73461-0-9

Sebelum dilakukan pengujian tarik,

dilakukan analisa komposisi kimia dengan

menggunakan spektrometri.

2. Hasil dan pembahasan Kedua jenis benda tarik yang

digunakan menurut JIS Z2201 adalah benda

tarik untuk pelat. Perbedaan antara keduanya

terletak pada lebar dari benda uji tarik (W).

Lebar benda uji tarik no. 5 dua kali benda uji

no. 13(B).

Tabel 1. Komposisi Kimia Pelat Stainless Steel

Komposisi Kimia - %berat

C M

n

P S Si C

r

N

i

Lain

nya

Stand

ar

0,

15

5,

5

7,

5

0,

06

0,

03

1,

00

1

6

1

8

3,

5

5,

5

trac

e

Peng

ujian 0,

15

7,

0

<

0,

02

<

0,

02

0,

6

1

6

3,

5

trac

e

Hasil pengujian spektrometri

menunjukan bahwa semua komposisi kimia dari

pelat yang digunakan dalam pengujian ini

berada dalam standar dari UNS S 201000. UNS

S 201000 ini setara dengan SAE201 dan

SUS201. Berdasarkan kepada SUS201 maka

kekuatan tarik maksimum adalah minimal 655

N/mm2, kekuatan yield minimum adalah 310

N/mm2 dan elongasi minimumnya adalah 40%.

Hasil pengujian tarik adalah seperti

terlihat pada Gambar 2. Baik benda uji tarik

Z2201 No. 13B maupun Z2201 No. 5

memberikan hasil yang semuanya melebihi dari

batas minimal. Semua kekuatan tarik maksimal

berada diatas 800 N/mm2. Hal sama juga

diperoleh untuk kekuatan yield dan elongasi.

Semua kekuatan luluh berada diatas 500 N/mm2

kecuali untuk sampel 1 pada bentuk benda uji

No. 5, yaitu 500 N/mm2. Semua elongasi berada

diatas 45%. Hal menarik terlihat bahwa

kekuatan luluh mempunyai perbedaan terbesar

(96%) terhadap standar batas minimal jika

dibandingkan dengan kekuatan tarik maksimum

(36%) dan elongasi (30%).

Gambar 2. Hasil Pengujian Tarik

Ketika hasil pengujian tarik kedua

sampel dibandingkan (Gambar 2), maka terlihat

bahwa perbedaan terbesar yang terjadi antara

hasil penarikan kedua benda tarik tersebut ada

pada elongasi, yaitu 3,69%. Perbedaan kekuatan

tarik maksimum hanya 2,99% sedangkan

kekuatan luluh hanya 2,12%. Perbedaan yang

terjadi pada ketiga hasil tarik tidak besar, yaitu

berkisar antara 0.5 sampai 1% saja.

Gambar 3. Perbandingan Perbedaan Hasil

Pengujian Tarik dari Beberapa Material [3,4,5]

Gambar 3 menunjukan perbandingan

terhadap perbedaan hasil pegujian tarik

beberapa material menggunakan kedua jenis

standar benda uji yaitu: JIS Z2201 No. 13B dan

JIS Z2201 No. 5. Gambar 3 menunjukan bahwa

dari kekuatan tarik, kekuatan luluh dan elongasi,

yang paling sensitif terhadap perubahan lebar

benda uji tarik adalah elongasi. Elongasi

menjadi sangat sensitif terhadap perubahan

dimensi lebar benda uji tarik karena berkaitan

dengan sifat mampu bentuk dari material.

pertambahan panjang Sedangkan perbedaan

elongasi pada stainless steel terlihat lebih kecil

dibandingkan dengan material lainnya karena

diasumsikan sebagai akibat banyaknya bidang

slip pada stainless steel. Banyaknya bidang slip

ini akan menyebabkan sifat mampu bentuk

material menjadi lebih baik. Dengan mampu

bentuk yang lebih baik maka perubahan dimensi

tidak berpengaruh.

3. Kesimpulan Kesimpulan yang diperoleh dari

tahap penelitian ini adalah perubahan dimensi

lebar benda uji tarik pelat stainless steel

mempengaruhi nilai tarik yang dihasilkan.

Pengaruh paling besar terlihat pada elongasi.

Tetapi perbedaan yang terjadi tidak signifikan

8




ISBN 978-602-73461-0-9

jika dibandingkan dengan perbedaan pada

material lainnya.

Hal ini diasumsikan terjadi karena

stainless steel mempunyai banyak bidang slip

sehingga memiliki mampu bentuk yang baik,

sehingga perubahan dimensi lebar pada benda

uji tarik tidak terlalu mempengaruhi nilai

elongasinya.

4. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih

kepada Pemerintah Indonesia khususnya

Kementerian Riset Teknologi dan Pendidikan

Tinggi untuk biaya penelitian ini yang

disampaikan melalui Hibah Bersaing No.

180/K3/KM/2014.

Daftar Pustaka

[1] Goh T N and Shang H M, J. Mech. Work.

Technol 7 (1982) 23.

[2] Japanese Industrial Standard, Tokyo,

Japan: Japanese Standard Association.

[3] Sulamet-Ariobimo R D, Soedarsono J W

and Sukarnoto T: Effects of JIS Z2201-13(B) and JIS Z2201- 5 to Tensile

Properties of Thin Wall Ductile Iron, Proc. of 6th Nat. Conf. on Metallurgy and

Material (SENAMM), Depok, Indonesia,

November 2013, Universitas Indonesia,

Paper C-6.

[4] R.D. Sulamet-Ariobimo, J.W.

Soedarsono, Y. Mujalis, T. Sukarnoto, A.

Rustandi, D. Prayitno: Analisa Pengaruh Bentuk Benda Uji Tarik Terhadap

Kekuatan Tarik Aluminium Prosiding Seminar Nasional Mesin dan Industri

(SNMI) IX, Bali 2014, Universitas

Tarumanagara, Paper TM 44.

[5] R.D. Sulamet-Ariobimo, J.W.

Soedarsono, T. Sukarnoto, A. Rustandi,

Y. Mujalis, D. Prayitno: Tensile

Properties Analysis Of AA1100

Aluminum And SS400 Steel Using

Different JIS Tensile Standard Specimen,

un-published.

9

Prosiding Seminar Nasional Material dan Metalurgi (SENAMM VIII) Yogyakarta, 5 November 2015

Departermen Teknik Mesin dan Industri ISBN 978-602-73461-0-9

Pengaruh Peningkatan Derajat Deformasi Canai Hangat terhadap Perubahan Morfologi Struktur Paduan Cu-Zn 70/30

Eka Febriyanti1,2, Dedi Priadi1, Rini Riastuti1

1Departemen Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, Indonesia 2Balai Besar Teknologi Kekuatan Struktur (B2TKS), Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Kekuatan Struktur (BPPT)

[email protected]

Abstract

Thermo Mechanical Controlled Processed (TMCP) is an efficient alternative fabrication process because it has lower energy consumption, easier to control dimension, and produce better mechanical properties then conventional process. In this research TMCP is conducted to Cu-Zn 70/30 alloy in various deformation percentage at a level of 32.25%, 35.48%, and 38.7% in temperature 500oC by double pass reversible method. Warm rolling is given at deformation temperature between hot and cold forming to obtain tiny grain boundary. This temperature is higher than room temperature but lower than recrystallization temperature. For Cu-Zn 70/30 alloy the range of warm rolling is between 0.4 to 0.6 Tm or between 382oC-573oC. In this temperature range, the sample is plastic deformed and then followed by strain hardened and part of them are recrystallized. Examination result show that other than tiny grain, warm rolling also produces sub grain in Cu-Zn 70/30 alloy which has smaller size than normal grain. Deep examination by optical microscopy on morphology of micro structure indicates that dynamic recrystallization occurred at 32.25% deformation. Dynamic recrystallization phenomenon occurred is caused by a combinations of hot process and plastic deformation. By increasing deformation level to 38.7% this process produce tiny grain with average size about 29 m at the edge and 33 m in the center in equiaxe grain at GAR (Grain Aspect Ratio) of 1.2 at the edge and 2.1 in the center. This condition of microstructure is fully recrystallized.

Keywords : warm rolled, Cu-Zn 70-30, deformation increasing, structure morphology

1.Pendahuluan Thermo Mechanical Controlled

Processed (TMCP) merupakan proses perubahan bentuk suatu material dengan cara memberikan deformasi plastis yang cukup besar dan terkontrol terhadap material dengan tujuan menghasilkan butir halus pada material [1]. Secara umum proses termomekanik ini terdiri dari proses pemanasan awal (reheating), pengerjaan panas (hot worked), serta pendinginan (cooling).

Salah satu metode TMCP yang sedang dikembangkan adalah pengerjaan canai hangat yang dapat memberikan efisiensi energi dan kemudahan pengontrolan dimensi yang lebih baik dibandingkan canai dingin. Apabila dibandingkan dengan canai panas, canai hangat akan menghasilkan morfologi struktur butiran yang lebih halus dengan sifat mekanis yang lebih tinggi, kualitas permukaan dan pengendalian dimensi yang lebih baik, serta elemen yang terbuang akibat proses dekarburisasi atau oksidasi yang lebih rendah [2].

Deformasi canai hangat dilakukan pada suhu kerja di antara canai panas dan canai dingin yang bertujuan untuk menghasilkan butiran yang halus. Suhu canai hangat berada pada range di atas suhu ruang, namun lebih rendah dibandingkan suhu rekristalisasi yaitu 0.4-0.6 Tm (melting temperature) [3].

Berdasarkan range suhu pengerjaan canai

hangat, setelah terjadi deformasi plastis, material sebagian mengalami pengerasan regangan dan sebagian mengalami rekristalisasi. Selain menghasilkan butir yang lebih halus, proses canai hangat menyebabkan material mengalami pembentukan sub-butir (subgrain) yang berukuran micrometer maupun sub-micrometer pada butir yang berukuran lebih besar atau kasar [4].

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari perubahan morfologi struktur mikro pelat paduan Cu-Zn 70/30 yang melalui proses canai hangat dengan metode double pass reversible sebanyak 32.25%, 35.48%, dan 38.7%, mengamati, dan menganalisa efek dari variable proses peningkatan besar deformasi terhadap perubahan morfologi struktur.

2. Metode Penelitian Benda uji yang digunakan adalah paduan Cu-

Zn 70/30 dengan hasil komposisi yang terlihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi benda uji paduan Cu-Zn 70/30

Unsur Penelitian (wt%)

Target* (wt%)

Cu 69.5 69.5-72

Zn 30.7 sisa

Fe 0.026 ~ max. 0.05

Sn 0.0062 ~ max. 0.03

Al < 0.002 ~ max. 0.03

10



Ni - ~ max. 0.2

As < 0.001 ~ max. 0.02

Pb < 0.005 ~ max. 0.05

Si < 0.005 ~ max. 0.01

Mn 0.0052 ~ max. 0.04

P < 0.003 ~ max. 0.05

Sb - ~ max. 0.01

Bi - ~ max. 0.04

* Target : standard PINDAD

Pengujian komposisi material paduan Cu-Zn 70/30

dilakukan dengan menggunakan Optical Emission

Spectroscopy (OES) pada DTMM FTUI.

Ukuran benda uji yang digunakan dalam

penelitian ini adalah pelat berdimensi 100 mm x 100

mm x 3,1 mm seperti yang ditampilkan pada

Gambar 1, lalu dihubungkan dengan kawat

termokopel tipe K berdiameter 2 mm. Pengukuran

temperatur menggunakan data acquisition

system yang dihubungkan dengan

perangkat komputer.

Gambar 1. Contoh rangkaian pengujian canai

hangat

Proses deformasi canai hangat didahului dengan pemanasan sampel pada dapur karbolit dengan temperature 700oC selama 90 menit, yang kemudian dilanjutkan proses canai pada mesin OnoRoll kapasitas 20 tonF dengan parameter deformasi canai double pass reverse, bolak-balik sebanyak 32.25%, 35.48%, dan 38.7% yang dilanjutkan dengan pendinginan udara.

Penelitian ini diawali dengan pemanasan awal benda uji dari suhu ruang ke suhu 700oC selama 30 menit lalu ditahan selama 90 menit untuk proses homogenisasi yang bertujuan untuk menghasilkan ukuran butir yang lebih seragam, kemudian dilanjutkan dengan pendinginan dalam oven ke suhu ruang seperti yang terlihat pada Gambar 2. Selanjutnya dilakukan pemanasan ke suhu 500oC dengan waktu 15 menit dan ditahan selama 15 menit lalu dilakukan canai hangat secara double pass reversible dengan derajat deformasi 32.25%, 35.48%, dan 38.7% kemudian dilanjutkan dengan pendinginan di udara, tahapan proses ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 2. Diagram tahapan homogenisasi di temperatur 700oC selama 90 menit

Gambar 3. Diagram tahapan canai hangat pada temperatur 500oC dengan metode double pass reversible

Proses canai hangat dilanjutkan dengan analisa morfologi struktur mikro menggunakan pengamatan metalografi. Pengamatan metalografi dilakukan untuk menganalisa perubahan morfologi struktur Cu-Zn 70/30. Perubahan morfologi struktur Cu-Zn 70/30 merupakan pengamatan perubahan bentuk dan ukuran butir, aliran deformasi material (strain marking), dan cacat-cacat mikro baik di permukaan maupun di dalam butir yang mungkin timbul dari proses canai hangat. Preparasi benda uji berdasarkan ASTM E3 01[5].

Persiapan benda uji sebelum pengamatan

metalografi meliputi pencetakan sampel, pengamplasan,

dan pemolesan sampel sampai mendapatkan permukaan

yang lebih halus dan mengkilap serta bebas goresan

akibat pengamplasan. Proses selanjutnya yaitu etsa yang

bertujuan untuk memunculkan jejak batas butir dan

morfologi struktur butir pada benda uji dengan

menggunakan zat etsa ferric klorida atau 10% FeCl3 yang

terdiri atas 10 gr FeCl3 dan 90 ml alcohol 96%. Kemudian

dilakukan pengamatan struktur mikro dengan metode

metalografi menggunakan mikroskop optik. Setelah dilakukan pengamatan metalografi lalu

dilakukan analisa dan perhitungan ukuran butir yang mengacu kepada ASTM E 112 dengan metode Intercept Heyn[6]. Prinsip perhitungan ukuran butir dengan metode

11



Intercept Heyn yaitu mengitung jumlah titik potong antara total panjang garis yang ditarik sepanjang 500 mm dengan batas butir pada foto struktur mikro dengan perbesaran tertentu. Awalnya yaitu dengan membuat 3 lingkaran yang masing-masing memiliki diameter sebesar 79,58 mm, 53,05 mm, dan 26,53 mm dimana ketiga lingkaran tersebut digabung menjadi satu dengan panjang total ketiga garis lingkaran tersebut 500 mm seperti yang terlihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Metode intercept heyn, dengan menggunakan garis berbentuk lingkaran dengan total panjang garis 500 mm, dengan foto perbesaran 100X

Jumlah titik potong persatuan panjang

(PL) dihitung dengan PL = P/ LT/M, dan panjang

garis perpotongan (L3) adalah :

L3 = 1/PL (1) dimana : P = Jumlah titik potong batas butir dengan total panjang garis yang dalam hal ini berbentuk lingkaran, LT = Panjang Garis Total (Sesuai standar ASTM =500mm), dan M = Perbesaran Dari PL atau L3, dapat dilihat di tabel besar butir ASTM E 112 (Standard Test Methods for Determining Average Grain Size, 2003), atau dimasukkan ke dalam rumus :

G = -6,6439 log (L3) 3,2877 (2) Untuk menentukan diameter ukuran butir dilakukan dengan menyesuaikan nomor G yang didapat dalam perhitungan dengan tabel ukuran butir standar pada ASTM E112 [6].

Sedangkan untuk bentuk butir dengan bentuk memanjang menggunakan metode GAR (Grain Aspect Ratio) yang bertujuan untuk mengetahui peranan proses TMCP dan canai hangat terhadap besar dan dimensi butir dari masing-masing benda uji. Penggunaan GAR tersebut awalnya dilakukan untuk mengetahui sifat mekanik material pada

keramik Si3Ni4 yang berperan penting dalam mengontrol sifat mekanik dari material keramik tersebut [7].

Ukuran diameter butir dan ketebalan butiran

dari perhitungan nilai Grain Aspect Ratio (GAR) pada

material paduan 70/30 Cu-Zn akan berubah setelah

dilakukan proses canai dan pemanasan sekaligus. Dengan

mengamati besar butir dan perubahan dimensi ketebalan

maka evolusi mikrostruktur dan morfologi struktur dapat

diamati.

Perhitungan GAR dari butir pada setiap sampel

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

GAR=P/L (3)

dimana :

GAR = Grain Aspect Ratio, P = Panjang butir (mm), dan

L = Lebar butir (mm)

3. Hasil dan Pembahasan

Pengamatan metalografi dilakukan pada bagian tengah dan tepi benda uji hasil deformasi seperti yang ditunjukkan oleh huruf X dan Y pada Gambar 5.

Gambar 5. Daerah benda uji untuk pengamatan metalografi, X adalah daerah tengah, Y adalah daerah tepi posisi searah canai hangat

Gambar 6. Foto mikrostruktur benda uji bulk, (a) Daerah tengah (X), (b) Daerah tepi (Y). Etsa 10% FeCl3

Paduan Cu-Zn 70/30 yang digunakan pada penelitian ini adalah pelat yang sebelumnya telah mendapat perlakuan berupa canai panas sebanyak 10 pass yang dilanjutkan dengan canai dingin sebanyak 40 pass, lalu dilanjutkan dengan anil yang bertujuan untuk

12



menghasilkan mikrostruktur yang halus dari proses canai dingin. Oleh karena itu, struktur yang dihasilkan sudah cukup halus dengan ukuran butir sekitar 9-11 m seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 7. Foto mikrostruktur benda uji setelah homogenisasi 700oC selama 90 menit. Etsa 10% FeCl3

Hasil pengukuran besar butir

menunjukkan bahwa diameter butir rata-rata dari pelat yang dihomogenisasi mencapai 60 HV 71.82 m dengan suktur mikro paduan Cu-Zn 70/30 terdiri dari butiran dengan twin berbentuk garis-garis sejajar [8-10] seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.

Pada Gambar 8 (A) s/d (F) menunjukkan bahwa dengan meningkatnya derajat deformasi dari 32.25% s/d 35.48% menghasilkan distribusi ukuran butir yaitu mencapai 0.4-1.7m dengan perbedaan ukuran butir berkisar antara 1 s/d 4.12 % seperti yang terlihat pada Gambar 9. Namun, pada derajat deformasi yang lebih tinggi sebesar 38.7% menghasilkan perbedaan ukuran butir antara bagian tepi dan bagian tengah yang sangat besar yaitu mencapai 11.38%.

13



Gambar 8. Pengamatan struktur mikro dari mikroskop optik untuk benda uji canai hangat, deformasi aktual 32.25% (A) Bagian tepi, (B) Bagian tengah; deformasi actual 35.48% (C) Bagian tepi, (D) Bagian tengah; deformasi aktual 38.7% (E) Bagian tepi, (F) Bagian tengah. Etsa 10% FeCl3

Gambar 9.Hubungan antara derajat deformasi (%) dengan ukuran butir (m)

Dari hasil pengamatan struktur mikro pada Gambar 8 menunjukkan bahwa bagian tepi lebih banyak terkena deformasi dibandingkan bagian tengah. Oleh karena itu, fenomena

rekristalisasi lebih mudah terjadi di bagian tepi. Hal ini dibuktikan dengan banyaknya butiran halus yang terbentuk di bagian tepi dibandingkan bagian tengah. Selain itu, pada permukaan struktur mikronya juga terlihat adanya bidang twin yang terdeformasi (twin deformed) dan saling berhimpit yang ditandai dengan kumpulan garis kusut, deformasi plastis yang meningkat dan ditandai dengan garis hitam, serta batas butir yang semakin kurang jelas. Kumpulan garis kusut dan garis-garis hitam tersebut semakin jelas terlihat ketika deformasi aktual mencapai 35.48% seperti yang terlihat pada Gambar 8 (C) dan (D) (garis putus-putus).

Struktur mikro di derajat deformasi sebesar 32.35% dan 35.48% menunjukkan bahwa butir telah mengalami rekristalisasi sebagian yang ditandai dengan bentuk butir bulat yang tidak beraturan seperti yang terlihat pada Gambar 8 (A) s/d (D). Distribusi ukuran yang berbeda antara bagian tepi dan tengah menunjukkan mulai terjadi transformasi dan pertumbuhan butir baru. Fenomena ini disebut partially recrystallized (rekristalisasi sebagian) yang terjadi setelah pertumbuhan nuclei dari penggabungan sub butir[8].

Sedangkan ukuran butir terkecil terdapat pada mikrostruktur benda uji yang dilakukan canai hangat dengan derajat deformasi aktual 38.7% seperti yang terlihat pada Gambar 8 (E) s/d (F).

Menurut Radovic, dkk[10] yang melakukan thermomechanical treatment pada paduan AlMg4.5Cu0.5 menunjukkan bahwa pertumbuhan mikrostruktur setelah canai dingin dan anil berhubungan erat dengan dengan derajat deformasi dan temperatur anil, peningkatan reduksi canai, dan temperatur anil yang menyebabkan terjadinya rekristalisasi yang menghasilkan struktur butir partial recrystallized dan fully recrystallized. Setelah anil pada temperatur 250oC terjadi recovery (pemulihan) untuk semua persen reduksi. Sedangkan setelah anil pada temperatur 350oC terjadi partial recrystallized pada persentase reduksi 20% dan terjadi fully recrystallized pada presentase reduksi 40-60%. Ukuran butir yang terekristalisasi sangat dipengaruhi oleh reduksi canai dingin sebelum anil dan diperhalus lagi dengan reduksi canai dingin.

Jadi, pada penelitian ini dengan persentase reduksi dari 32.35% dan 35.48% menghasilkan butiran bulat yang tidak beraturan yang menandakan bahwa proses rekristalisasi sebagian telah terjadi. Sedangkan pada persentase reduksi sebesar 38.7% menghasilkan butir yang lebih halus dan mengarah ke bentuk equiaxed. Hal ini menandakan bahwa struktur butiran sudah mendekati fully recrystallized atau terekristalisasi secara sempurna seperti yang terlihat pada Gambar Gambar 8 (E) dan (F).

Untuk rekristalisasi dinamis mulai terjadi ketika derajat deformasi mencapai 32.25% yang menunjukkan adanya butiran equiaxed baru berukuran kecil mengelilingi fasa alfa seperti yang terlihat pada Gambar 8 A dan B meskipun jumlahnya masih sedikit. Hal tersebut terjadi karena rekristalisasi dinamik dapat muncul ketika temperatur lebih tinggi dan laju regangan

43,1239,5

29,53

44,9 39,933,47

0

20

40

60

32,35 35,48 38,7

Uku

ran

Bu

tir,

m

Derajat deformasi (%)

Ukuran Butir Tepi Ukuran Butir Tengah

14



rendah, namun regangan harus di bawah titik kritis sesuai dengan pernyataan Li Long Fei, dkk [11] yang melakukan canai hangat pada baja karbon rendah dari temperatur 550oC sampai 700oC.

Dengan pemberian perlakuan canai hangat pada material Cu/Zn 70-30, butiran benda uji paduan 70Cu-30Zn yang awalnya berbentuk equiaxed, akan mengalami elongasi yang menyebabkan pengerasan regang (strain hardening) pada mikrostruktur material. Namun, dikarenakan pengerjaan dilakukan pada temperatur yang memungkinkan terjadinya rekristalisasi dinamis (temperatur hangat), maka pada butir yang terelongasi pada sampel (elongated grain) akan menghasilkan nukleasi butir baru yang berukuran lebih kecil yang akhirnya bergabung membentuk butir baru yang berukuran lebih halus.

Gambar 10. Hubungan antara derajat deformasi (%) dengan ukuran butir, d-1/2 (m)

Peningkatan derajat deformasi aktual

hingga mencapai 38.7% menunjukkan tren positif dan berbanding lurus terhadap proses penghalusan butir yang semakin meningkat baik di bagian tepi maupun tengah seperti yang terlihat pada Gambar 10.

Gambar 11.Hubungan antara derajat deformasi (%) dengan nilai grain aspect ratio (GAR)

Morfologi butir untuk benda uji bulk baik pada bagian tengah maupun bagian tepi memiliki nilai GAR masing-masing sebesar 1.2300.11 m dan 1.600.2 m. Keduanya menunjukkan morfologi ukuran butir yang halus seperti yang

terlihat pada Gambar 6. Namun ketika sampel dihomogenisasi di temperatur 700oC selama 90 menit menunjukkan nilai GAR yang sangat besar seperti yang terlihat pada Gambar 11 baik bagian tengah maupun bagian tepi masing-masing sebesar 4.672.63 m dan 4.782.52 m yang ditunjukkan dengan morfologi ukuran butir dengan perbandingan panjang butir dan lebar butirnya sangat besar seperti yang terlihat pada Gambar 7.

Dengan semakin meningkatnya derajat deformasi canai hangat menghasilkan tren negatif dan mengalami penurunan nilai GAR mendekati 1 dan nilai GAR yang bervariasi seperti yang telihat pada Gambar 11. Penurunan nilai GAR disebabkan karena dengan semakin meningkatnya derajat canai hangat sehingga proses penghalusan butir semakin bertambah hingga mencapai bentuk equiaxed.

Nilai GAR terkecil sebesar 1.280.48 m diperoleh pada derajat deformasi sebesar 38.7%. Hal ini dapat dilihat pada morfologi struktur butir dari hasil perlakuan tersebut yang berbentuk hampir equiaxed seperti yang terlihat pada Gambar 8 (E) dan (F).

4. Kesimpulan 1. Rekristalisasi dinamis terjadi pada deformasi 32.25%; 2. Perubahan morfologi terjadi setelah canai hangat

dengan derajat deformasi semakin besar hingga 38.7% akan memiliki ukuran butir semakin halus yaitu 29.53 m

3. Perubahan bentuk butir pada bagian tepi dan tengah sampel menjadi butir berbentuk equiaxed dengan ukuran GAR 1.2-2.1

Daftar Pustaka

[1] A.Azushima, R.Kopp, A.Korkohen, D.Y.Yang, F.Micari, G.D.Lahoti, 2008, Severe Plastic

Deformation (SPD) Process for Metals, CIRP

Annals Manufact. Tech., Vol. 57, 716-735

[2] Y. Adachi, M. Wakita, H. Beladi, P. D. Hodgson,

2007, The Formation of Ultrafine Ferrite Through

Static Transformation in Low Carbon Steels,

Journal Acta Materialia, Elsevier, Vol. 55, 4925-

2934

[3] T. Altan, Oh S., Gegel H., 2012, Metal Forming Fundamentals and Application, ASM International, Metal Park, Ohio

[4] S. Dobatkin, J. Zrnik, 2008, Ultrafine-Grained Low Carbon Steels by Severe Plastic Deformation, Journal Metalurgija, Vol. 47, 181-186

[5] ASTM E3, 2003, Standard Guide for Preparation for Metallographic Specimens

[6] ASTM E112, 2003, Standard Test Methods for Determining Average Grain Size

[7] Zoran Kristic, Zhengbo Yu, Vladimir D.Krstic, 2007, Effect of Grain Width and Aspect Ratio on Mechanical Properties of Si3N4 Ceramics, Journal Mater.Sci., Vol.42, 5431-5436

[8] F. J. Humphreys, and M.Hatherly, 2004,

Recrystallization and Related Annealing

Phenomena, Pergamon Press

0,000

0,100

0,200

0,00 32,25 35,48 38,7

Uku

ran

bu

tir,

d-1

/2,

m


Ukuran butir tepi

Ukuran butir tengah

0

5

10

0,00 32,25 35,48 38,70

Gra

in A

spe

ct R

atio

(G

AR

)


GAR Tepi GAR tengah

15



[9] W.Ozgowic, E.Kalinowska-Ozgowic,

B.Grzgorczyk, 2010, The Microstructure and

Mechanical Properties of The Alloy CuZn30

after Recrystallization Annealing, Journal of

Achieve. in Mater. & Manufact. Eng.

(JAMME), Vol.40, Issue 1, 15-24

[10] Radovic, L.J., et.al., The Influence of Thermomechanical Treatment on

Recrystallization of Al Mg4,5Cu0,5 Alloy, Metallurgija Journal of Metallurgy, Review

Paper AMES, pp.83-88 (2008)

[11] Long Fei, Li, Yang Wang Yue, and Sun

Zuqing, Dynamic Recrystallization of Ferrite in a Low Carbon Steel, Journal Metal. Mater. Trans. A, Vol. 37A, pp.609-619 (2006)

16




ISBN 978-602-73461-0-9

Pengaruh Kecepatan Putaran Tool Terhadap Struktur Mikro, Kekerasan

dan Kekuatan Tarik Pada Sambungan Las FSW Tak Sejenis Antara

AA5083 dan AA6061-T6

FX. A. Wahyudianto, M.N. Ilman, P.T. Iswanto, Kusmono

UGM,Teknik Mesin dan Industri Jogjakarta, Indonesia

[email protected]

Abstrak Joints between two different grade of aluminum alloys (AA5083 and AA6061-T6) by welding would be very difficult

to obtain optimal results when using conventional welding methods such as TIG / MIG welding. Therefore, solid

state joining technique is highly recommended to overcome this proplems, one of which is friction stir welding

(FSW). The effect of rotation speed on microstructure, micro hardness and tensile properties of dissimilar Friction

Stir welded AA5083 and AA6061-T6 aluminium alloys were investigated. Three different rotation speeds (910,

1500 and 2280 rpm) were used to weld the dissimilar alloys. The metallographic analysis of joints showed the

presence of various zones such as BM (base material), HAZ (heat affected zone), TMAZ (thermo-mechanically

affected zone) and NZ (nugget zone) were observed and analyzed by mean of optical and scanning electron

microscope. The results showed that increasing the rotation speed from 900 to 2280 rpm made grain coarsening

in NZ and the mass distribution of the material is more evenly distributed, as well as increased hardness and tensile

strength of the joint. The highest values in microhardess in NZ and tensile strength at the join were foundedat the

speed of 2280 rpm and 1500 rpm which was similar to 2280 rpm, respectively.

Keywords : FSW, sambungan tak sejenis, AA6061, AA5083, putaran tool.

1. Pendahuluan Paduan aluminium dewasa ini semakin luas

penggunaannya dalam bidang teknik karena

kombinasi dari sifatnya yang mempunyai kekuatan

tinggi dan ringan disamping tahan terhadap korosi.

Paduan aluminium yang banyak digunakan untuk

pembuatan kapal adalah seri 5xxx (Al-Mg-Mn) dan

6xxx (Al-Mg-Si) [1]. Pada kapal besar material ini

digunakan pada struktur seperti untuk panel-panel

ruang akomodasi, geladak bangunan atas, sekat,

tangki bahan bakar dan tangki air tawar. Paduan

aluminium AA5083 dikenal memiliki ketahanan

korosi sedangkan AA6061 lebih dikenal karena

kekuatan. Dalam struktur lambung kapal,

struktur/rangka yang terkena air laut terbuat dari

paduan AA5083 untuk memberikan ketahanan

korosi yang lebih baik sementara struktur bagian

dalam/rangka yang tidak terkena air laut digunakan

paduan AA6061untuk meningkatkan kekuatannya.

Pada suatu struktur penyambungan dengan

pengelasan pada dua jenis paduan berbeda ini

dipastikan akan terjadi. Hal ini menimbulkan

beberapa permasalahan karena keduanya memiliki

sifat yang berbeda, yaitu AA5083 bersifat non heat

treatable sementara AA6061 bersifat heat treatable.

Pengelasan dengan teknik pengelasan fusi

konvensional seperti tungsten gas arc welding

(GTAW) dan gas metal arc welding (GMAW) tidak

direkomendasikan untuk digunakan, karena tidak

tersedianya logam pengisi (filler) yang cocok dan

terjadi retak akibat perbedaan pembekuan karena

variasi komposisi kimia. Pemecahan dari masalah

tersebut adalah dengan metode penyambungan

dalam kondisi padat (solid state) dan friction stir

welding (FSW) adalah salah satu teknik pengelasan

yang tepat dan efektif untuk menyambungkan

paduan aluminium yang berbeda [2]. FSW adalah

sebuah metode pengelasan yang termasuk

pengelasan gesek, yang pada prosesnya tidak

memerlukan bahan penambah atau pengisi.

Sambungan las pada FSW pada prinsipnya

dihasilkan dari panas akibat gesekan batang silinder

(tool) yang berputar dan menekan dua logam yang

disambung sepanjang garis sambungan. Tool terdiri

dari pin dan shoulder yang berfungsi untuk

menghasilkan panas akibat gesekan dan sebagai

pengaduk material, Gambar 1 memperlihatkan

skema pengelasan FSW. Pada sambungan hasil las

FSW terdapat beberapa zona yang terbentuk yaitu

weld zone (WZ), thermomechanically affected zone

(TMAZ) and heat affected zone (HAZ) [3] .

Sambungan tak sejenis las FSW pada plat

paduan aluminium seri 5xxx dan 6xxx pada

beberapa penelitian mengasilkan sifat mekanis dan

strukturmikro pada daerah lasan yang berbeda

dengan logam induknya [4][8]. Hasil uji kekerasan mikro, terlihat kekerasan yang terendah berada di

sekitar HAZ pada sisi plat 6xxx. Kemudian dari

hasil pengujiaan tarik, kekuatan tariknya didapatkan

sekitar 62% dari kekuatan tarik base materialnya[4].

17




ISBN 978-602-73461-0-9

Gambar 1. Skema Friction Stir Welding [9]

Ghaffarpour dkk [6] melakukan penelitian

dengan beberapa parameter yakni pada kecepatan

putaran tool 800, 1250, 1600, 2000 dan 2500 rpm

yang dipadukan dengan travel speed 25 mm/min dan

80 mm/min. Pada kecepatan putaran tool antara 1600

rpm dan 2000 rpm serta travel speed antara 20

mm/min dan 80 mm/min didapatkan kekutan tarik

dan mulur tertinggi. Selain itu lokasi patah saat uji

tarik berada di daerah HAZ sisi plat 6061-T6,

dimana lokasi tersebut memiliki nilai kekerasan

terendah.

Variasi kecepatan putaran tool pada proses

FSW juga menghasilkan rata-rata dimensi butir di

nugget zone pada AA 5xxx dan AA 6xxx meningkat

seiring penambahan kecepatan putaran pada tool dan

pertumbuhan dimensi butir ini terjadi ketika

dilakukan pendinginan dengan udara (suhu kamar)

setelah pelaksanaan pengelasan terutama pada seri

6xxx [10]. Pengaruh lokasi material dan kecepatan

putaran tool terhadap struktur mikro dan kekuatan

tarik dari hasil sambungan, hasilnya

mengindikasikan bahwa penempatan material dan

kecepatan putaran tool secara signifikan

mempengaruhi aliran material. Material yang

ditempatkan pada sisi advancing mendapatkan porsi

yang lebih besar pada zona las (nugget zone) ketika

kecepatan putaran tool juga ditingkatkan[11].

Pengujian terhadap sifat-sifat sambungan

las hasil pengelasan FSW seperti kekerasan,

kekuatan tarik dan strukturmikro telah banyak

diteliti dengan berbagai variaasi parameter

pengelasan yang digunakan. Namun demikian

perubahan struktur mikro pada sambungan las tak

sejenis antara AA5083 dan AA6061 dengan metode

FSW masih sangat jarang dipulikasikan. Oleh karena

itu pada penelitian ini akan menyambungkan

aluminium paduan berbeda grade antara AA5083

dan AA6061-T6 dengan metode FSW dan

mengamati pengaruh veriasi kecepatan putaran tool

terhadap struktur mikro daerah lasan, kekerasan dan

kekuatan tarik sambungan.

2. Prosedur Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian

sambungan las tak sejenis ini ialah pelat paduan

aluminium seri 5083 dan seri 6061-T6. Komposisi

kimia dari kedua paduan tersebut ditunjukkan pada

Tabel 1. Pelat yang yang digunakan dipotong dengan

dimensi 150 x 100 mm dan tebal 3 mm, dimana

pengelasan FSW dengan bentuk butt joint dilakukan

pada sisi 100 mm dengan posisi AA 6061-T6 berada

pada sisi advancing, sedangkan AA 5083 berada

pada sisi retreating.

Tabel 1. Komposisi kimia paduan aluminium yang

digunakan (% berat).

Paduan Mg Mn Cu Cr Si Fe Al

AA5083 4.3 0.50 0.04 0.06 0.11 0.30 Sisa

AA6061-

T6 1.20 0.15 0.20 0.04 0.6 0.75 Sisa

Gambar 2. Tool FSW

Proses FSW ini dilakukan menggunakan

mesin milling dengan variasi kecepatan putaran tool

910 , 1500 dan 2280 rpm, kecepatan gerak

pengelasannya tetap 30 mm/min dan sudut

kemiringan 3o. Pengelasan dilakukan menggunakan

mesin milling dan tool yang digunakan adalah baja

AISI H13 yang memiliki ketahanan yang tinggi

terhadap thermal fatigue dengan bentuk pin silinder

dan perbandingan D/d sama dengan 3 [12] seperti

yang terlihat pada Gambar 2.

Pengamatan struktur mikro dilakukan untuk

melihat zona-zona yang terbentuk dan batasan zona

akibat pengelasan FSW dan karakteristik metalurgi

dengan menggunakan mikroskop optik, SEM dan

EDS. Zona-zona tersebut ialah logam induk, HAZ,

TMAZ dan NZ. Preparasi sepesimen untuk

pengamatan tersebut menggunakan prosedur

metallograpic standar yang terdiri dari grinding,

polishing dan etching menggunakan reagen Keller

terbuat dari 5ml HNO3 (konsentrasi 95%), 2ml HF,

3ml HCl, 190 ml H2O. Pemeriksaan difokuskan pada

penampang tegak lurus ke pusat las.

Pengamatan juga dilakukan terhadap sifat

mekanik hasil lasan seperti kekerasan dan kekuatan

18




ISBN 978-602-73461-0-9

tarik. Pengujian kekerasan dilakukan dengan metode

indentasi (Vickers microhardness) di seluruh zona

lasan dan untuk pengujian tarik menggunakan mesin

servopulser. Bentuk spesimen yang digunakan

mengikuti standar ASTM E8, seperti pada Gambar

3. Permukaan patahan diamati dengan menggunakan

mikroskop elektron (SEM).

Gambar 3. Spesimen uji tarik berdasarkan ASTM

E8

3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Analisa visual permukaan lasan

Profil permukaan atas lasan yang dihasilkan

dari proses pengelasan dengan variasi kecepatan

putaran tool ditunjukkan pada Gambar 4. Pengaruh

putaran tool terlihat dari permukaan yang berbeda

dimana rigi-rigi las (ripples) lebih jelas terbentuk

pada putaran tinggi disertai dengan akumulasi massa

di bagian retreating side. Akhir lasan terdapat

lubang pin dari tool yang digunakan, ini merupakan

kekurangan dari pengelasan FSW.

Gambar 4. Permukaan sambungan las FSW pada

kecepatan putaran tool (a) 910 rpm, (b) 1500 rpm

dan (c) 2280 rpm.

3.2. Struktur Makro dan Mikro Foto makro penampang lintang sambungan

las FSW dengan variasi putaran tool terlihat pada

Gambar 5. Terlihat bahwa pola zona-zona yang

terbentuk akibat proses pengelasan dapat diamati.

Daerah lasan (NZ) dari ketiga variasi sambungan

memiliki bentuk yang berbeda. Profil ketiga hasil las

menunjukkan bentuk trapesium terbalik yang tak

simetris dengan bagian ujung pada arah advancing

side. Kesamaan dari ketiganya adalah bagian atas

membentuk permukaan yang lebih luas dibanding

bagian tengah dan bawah, hal ini disebabkan

gesekan shoulder dengan permukaan pelat.

Gambar 5 juga memperlihatkan pola

pencampuran material pada daerah nugget sangat

jelas terlihat, semakin tinggi putaran tool

menyebabkan aliran massa kedua jenis material

(AA5083 dan AA6061-T6) dapat bercampur secara

sempurna. Pada sisi advancing (AA6061-T6) lebih

mendominasi daerah nugget dibandingkan dengan

material dari sisi retreating (AA5083) seiring

meningkatnya kecepatan putaran tool dan terlihat

semakin merata pencampuran antara material

AA6061-T6 dan AA5083, sehingga batas daerah

TMAZ baik pada sisi advancing maupun retreating

semakin tersamarkan.

Gambar 5. Struktur makro sambungan tak sejenis

las FSW pada putaran tool (a) 910 rpm, (b) 1500

rpm dan (c) 2280 rpm

Pengamatan struktur mikro las di daerah

BM, HAZ, TMAZ dan NZ untuk las FSW dengan

variasi putaran tool terlihat pada Gambar 6. Gambar

6 menunjukkan bahwa struktur mikro dari AA5083

terdiri dari Al dan Al3Mg2 sedangkan AA6061-T6

memiliki struktur mikro - Al dan Mg2Si.

Gambar 6. Struktur mikro base material

(a) AA5083 dan (b) AA6061-T6

Bentuk butir pada BM AA6061-T6 terlihat

lebih besar dan memanjang dengan panjang rata-rata

sekitar 29 m dan lebar rata-rata 16 m daripada

AA5083 yang memiliki panjang rata-rata sekitar 10

m dan lebar rata-rata 8 m. Gambar 7

memperlihatkan struktur mikro daerah HAZ dimana

besar butir mengalami perubahan bentuk dan ukuran

jika dibandingkan pada daerah base material. Hal ini

diakibatkan oleh siklus termal yang berasal dari

proses pengelasan. Daerah HAZ AA6061-T6 dan

AA5083, mengalami perubahan bentuk dan ukuran

19




ISBN 978-602-73461-0-9

butir yang sedikit membesar dibandingkan dengan

daerah base material. Namun jika dibandingkan

antar kecepatan putaran tool (910, 1500, dan 2280

rpm), daerah HAZ AA6061-T6 pada ketiga putaran

tersebut cenderung memiliki karakteristik bentuk

dan ukuran yang sama. Sedangkan daerah HAZ

AA5083, bentuk dan ukuran butir sedikit membesar

seiring kenaikan kecepatan putaran tool.

Gambar 7. Struktur mikro HAZ pada sisi

advancing dan retreating.

Struktur mikro pada daerah TMAZ terlihat

seperti butiran pada HAZ yang mengalami siklus

termal dan deformasi plastis, namun tidak terjadi

rekristalisasi. Daerah ini disebut juga daerah transisi

antara logam induk dan daerah las. Gambar 8

menunjukkan perbedaan bentuk TMAZ pada variasi

putaran 910 rpm, 1500 rpm dan 2280 rpm, antara

TMAZ sisi advancing dengan retreating.

Pada tiap putaran tool, daerah TMAZ

memiliki beberapa perbedaan yakni, luasan

daerahnya. Semakin tinggi kecepatan putaran maka

akan semakin luas daerah yang terdeformasi akibat

putaran tool. Sedangkan perbedaannya antara sisi

advancing dan retreating adalah pada sisi

advancing, pola TMAZ dengan NZ batasnya terlihat

jelas, namun pada sisi retreating batas

pencampurannya terlihat seperti membentuk aliran

material ke arah atas bagian las.

Variasi putaran tool saat melakukan proses

pengelasan sangat berpengaruh terhadap struktur

mikro nugget zone tersebut. Pada nugget zone

terdapat butiran lembut yang merupakan akibat

adanya rekristalisasi. Ukuran butir semakin

bertambah seiring dengan tingginya kecepatan

putaran tool. Hal ini dikarenakan bertambahnya

masukan panas serta waktu laju pendinginan seperti

yang dipelihatkan Gambar 9.

Gambar 8. Struktur mikro TMAZ pada sisi

advancing dan retreating.

Pada kecepatan putaran 2280 rpm ukuran

butir bertambah secara signifikan dibanding variasi

putaran tool yang lebih rendah. Besar butir pada

daerah nugget yang didominasi oleh AA6061-T6

dengan kecepatan putaran tool 910 rpm memiliki

ukuran rata-rata sekitar 6 m, sedangkan pada

putaran tool 1500 dan 2280 rpm memiliki ukuran

rata-rata masing-masing sekitar 8 m dan 14 m.

Gambar 9. Struktur mikro NZ pada kecepatan

putaran tool (a) 910 rpm, (b) 1500 rpm dan

(c) 2280 rpm.

Gambar 10 memperlihatkan karakteristik

nugget zone pada sambungan tak sejenis las FSW,

dimana material pada sisi advancing dan retreating

tidak dapat seutuhnya menyatu atau dapat dikatakan

tidak homogen. Pada kecepatan putaran tool 910 dan

1500 rpm memiliki karakteristik dimana batas antara

20




ISBN 978-602-73461-0-9

nugget zone AA6061-T6 dengan AA5083 terlihat

jelas, sedangkan pada putaran tool 2280 rpm

karakteristik batasnya tidak beraturan akibat

deformasi putaran pin yang tinggi. Batas lapisan

massa AA5083 dan AA6061-T6 di NZ terlihat dari

hasil SEM dan EDS (Gambar 11).

Gambar 10. Struktur mikro NZ pada kecepatan

putaran tool (a) 910 rpm, (b) 1500 rpm dan

(c) 2280 rpm

Gambar 11. Analisa SEM dan EDS

3.3 Sifat Mekanik Las

Uji kekerasan

Distribusi kekerasan mikro padasambungan

las FSW untuk berbagai variasi kecepatan putaran

ditunjukkan pada Gambar 12. Kekerasan mikro pada

setiap kecepatan putaran tool menunjukkan grafik

distribusi kekerasan yang identik, yakni pada sisi

advancing (AA 6061-T6) nilai kekerasan tertinggi

terdapat pada zona base material, sedangkan nilai

kekerasan terendah terletak pada daerah sekitar HAZ

dan TMAZ. Kemudian dari zona HAZ-TMAZ sisi

advancing (AA 5083) nilai kekerasan mengalami

kenaikan pada nugget zone, lalu turun kembali pada

zona HAZ-TMAZ. Sementara itu, grafik pada zona

HAZ-base material sisi retreating lebih cenderung

mendatar, tidak seperti sisi advancing. Ini

dikarenakan perbedaan jenis material, dimana AA

6061-T6 termasuk dalam paduan aluminium heat-

treatable sementara AA 5083 merupakan paduan

non heat-treatable, yang artinya nilai kekerasannya

tidak terpengaruh oleh perlakuan panas dari proses

pengelasan FSW.

Gambar 12. Perbandingan grafik distribusi

kekerasan pada putaran tool 910 rpm, 1500 rpm dan

2280 rpm sambungan tak sejenis las FSW 6061-T6

dan 5083

Pada Gambar 13 tampak bahwa kekutan

tarik dan kekuatan luluh untuk semua kecepatan

putaran tool lebih rendah dari kekuatan tarik dan

kekuatan luluh material induk (BM). Dari data

pengujian diperoleh hasil bahwa variasi kecepatan

putaran tool 1500 rpm dan 2280 rpm memiliki

kekutan tarik yang relatif sama, sedangkan yang

terendah pada putaran 910 rpm. Kekuatan tarik dan

kekuatan luluh tertinggi jika dibandingkan dengan

kekuatan base material AA6061-T6 masing-masing

sebesar 62,8% dan 59,79%. Sedangkan jika

dibandingkan dengan kekuatan base material

AA5083, yakni sebesar 70,85% dan 71,87%.

Gambar 13. Kekuatan tarik dan kekuatan

luluh sambungan las FSW dengan berbagai variasi

kecepatan putaran tool.

21




ISBN 978-602-73461-0-9

Proses pengelasan FSW menghasilkan

samgbungan las yang bersifat ulet yang ditandai

dengan adanya necking pada patahan spesimen uji.

Gambar 15 menunjukkan pengelasan dengan

putaran tool 2280 rpm menghasilkan necking yang

paling terlihat jelas, sementara pada putaran lainnya

menghasilkan necking tidak terlalu signifikan.

.

Gambar 15. Struktur makro hasil patahan uji tarik,

(a) putaran tool 910 rpm, (b) putaran tool 1500 rpm

dan (c) putaran tool 2280 rpm

Semua daerah patahan terletak pada sisi

advancing (AA 6061-T6), pada daerah di sekitar

nilai kekerasan yang terendah. Patahan pada putaran

910 rpm dan 1500 rpm terletak pada daerah sekitar

TMAZ yang cenderung mendekati nugget zone.

Pada putaran tool 2280 rpm, patahan terletak pada

daerah HAZ, sesuai dengan hasil uji kekerasan

mikro. Hal ini membuktikan bahwa kekutan tarik

berhubungan dengan nilai kekerasan

4. Kesimpulan Pada proses FSW parameter pengelasan

mempengaruhi sifat mekanis dan mikrostruktur hasil

lasan. Dalam penelitian ini ketika kecepatan putaran

tool semakin tinggi maka pencampuran material

antara AA6061-T6 dan AA5083 pada daerah nugget

zone akan semakin merata dengan ukuran butir yang

semakin besar. Kekerasan di daerah lasan terbaik

terjadi pada putaran tool 2280 rpm. Semua

sambungan dengan berbagai variasi kecepatan

putaran tool memiliki kekuatan tarik dan kekuatan

luluh yang lebih rendah dari logam induknya dengan

letak patahan terdapat pada daerah advancing

(6061).

Daftar pustaka

[1] S. Ferraris and L. M. Volpone, Aluminium Alloys In Third Millennium Shipbuilding: Materials , pp. 111, 2005.

[2] R. S. Mishra and Z. Y. Ma, Friction stir welding and processing, Mater. Sci. Eng. R Reports, vol. 50, no. 12, pp. 178, Aug. 2005.

[3] R. Palanivel, P. Koshy Mathews, I.

Dinaharan, and N. Murugan, Mechanical

and metallurgical properties of dissimilar

friction stir welded AA5083-H111 and

AA6351-T6 aluminum alloys, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, vol. 24, no. 1,

pp. 5865, Jan. 2014. [4] I. Shigematsu, Y. Kwon, K. Suzuki, T. Imai,

and N. Saito, Joining of 5083 and 6061 aluminum alloys by friction stir welding, pp. 353356, 2003.

[5] H. Jamshidi Aval, S. Serajzadeh, N. a.

Sakharova, a. H. Kokabi, and a. Loureiro, A study on microstructures and residual stress

distributions in dissimilar friction-stir

welding of AA5086AA6061, J. Mater. Sci., vol. 47, no. 14, pp. 54285437, Apr. 2012.

[6] M. Ghaffarpour, S. Kolahgar, B. M. Dariani,

and K. Dehghani, Evaluation of Dissimilar Welds of 5083-H12 and 6061-T6 Produced

by Friction Stir Welding, Metall. Mater. Trans. A, vol. 44, no. 8, pp. 36973707, Apr. 2013.

[7] V. RajKumar, M. VenkateshKannan, P.

Sadeesh, N. Arivazhagan, and K. D.

Ramkumar, Studies on Effect of Tool Design and Welding Parameters on the

Friction Stir Welding of Dissimilar

Aluminium Alloys AA 5052 AA 6061, Procedia Eng., vol. 75, pp. 9397, 2014.

[8] M. Ilangovan, S. R. Boopathy, and V.

Balasubramanian, Microstructure and tensile properties of friction stir welded

dissimilar AA6061AA5086 aluminium alloy joints, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, vol. 25, no. 4, pp. 10801090, 2015.

[9] N. T. Kumbhar, K. Bhanumurthy, M. S.

Division, and B. Atomic, Friction Stir Welding of Al 6061 Alloy, vol. 22, no. 2, 2008.

[10] a. Gerlich, P. Su, and T. H. North, Tool penetration during friction stir spot welding

of Al and Mg alloys, J. Mater. Sci., vol. 40, no. 24, pp. 64736481, Oct. 2005.

[11] I. Dinaharan, K. Kalaiselvan, S. J. Vijay, and

P. Raja, Effect of material location and tool rotational speed on microstructure and

tensile strength of dissimilar friction stir

welded aluminum alloys, Arch. Civ. Mech. Eng., vol. 12, no. 4, pp. 446454, Dec. 2012.

[12] P. Sadeesh, M. Venkatesh Kannan, V.

Rajkumar, P. Avinash, N. Arivazhagan, K.

Devendranath Ramkumar, and S.

Narayanan, Studies on Friction Stir Welding of AA 2024 and AA 6061

Dissimilar Metals, Procedia Eng., vol. 75, pp. 145149, 2014.

22




ISBN 978-602-73461-0-9

Analisa Kegagalan Kabel Sling Penambat Tongkang

Husaini Ardy, Winda Rianti

Institut Teknologi Bandung, Program Studi Teknik Material, Bandung 40132, Indonesia.

[email protected]

Abstract Failure analysis of broken wire rope (1- in. diameter) to hold an anchor for a barge has been performed to find

out the root cause of failure. The wire was severely corroded and was suspected as the root cause of failure.

Residual strength analysis using JIS G3525 standard has been conducted for IWRC 6 x S (19) type of wire.

Residual strength of wire rope is about 61.5 tons, and much larger than the load during failure event (8 tons).

Therefore, corrosion is not the root cause of failure. Further observation of the wire in the field shows that heavy

friction on part of the wire is the root cause of failure. The wire has been deformed plastically during friction with

the pipe casing at the buoy marker. Friction occurred because the wire position is not parallel to pipe casing. The

wire was bent at the inl

Prosiding Seminar Nasional Material Dan Metalurgi VIII

Documents