A. LAPORAN HASIL PENELITIAN RINGKASAN DAN SUMMARY

A. LAPORAN HASIL PENELITIAN RINGKASAN DAN SUMMARY Pembentukan sambungan las komposit logam Al-Si/partikel SiC, TiC dan WC pada paduan Al-Si melalui pengelasan adukan gesek (Friction Stir Welding) pada kondisi setengah padat dilakukan dalam penelitian ini. Paduan Al-Si yang digunakan adalah paduan hipoeutektik Al-Si standard Industri Jepang (Japan Industrial Standard) JIS AC4C dan ADC12 yang banyak digunakan untuk bahan cor komponen otomotif. Pekakas las untuk penelitian ini berbahan baja kecepatan tinggi (High Speed Steel) dengan bentuk punggung rata berpin ujung kerucut. Kecepatan putar pekakas las dalam peneliti ini sekitar 1200 rpm dengan gerak translasi antara 7-8 mm per menit. Jumlah partikel SiC, TiC dan WC sekitar 20, 40 dan 60%volum berdiameter maksimal 44 m (325 mesh) ditambahkan ke dalam bagian adukan las (stir zone). Penambahan partikel keramik tersebut pada paduan Al-Si akan membentuk komposit matrik logam Al-Si/partikel keramik oksida. 1

PRAKATA Puji syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT dan karena berkat rahmat dan hidayahnya, penelitian Pembentukan Sambungan Las Komposit Al-Si/Partikel Oksida, Karbida dan Nitrida pada Paduan Hipoeutektik Al-Si telah dapat dilaksanakan dalam tahun 2010. Berkat bantuan baik moril maupun materil dari berbagai pihak, maka penelitian ini dapat berlakukan. Untuk itu, ucapan terima kasih kami sampaikan kepada: 1. Direktur Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (DP2M), Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi yang telah menyediakan dana melalui hibah kompetensi. 2. Rektor Universitas Gunadarma, Prof. Dr. E.S. Margianti SE MM, yang selalu mendorong agar terlaksananya penelitian ini. 3. Kepala Lembaga Penelitian, Dr. Hotniar Siringoringo atas dukungan dan dorongan selama melaksanakan penelitian ini. 4. Pihak-pihak yang membantu pelaksanaan penelitian ini baik langsung maupun tidak langsung. Hasil penelitian ini merupakan penelitian tahap kedua dari tiga tahap yang diusulkan. Semoga dapat dimamfaatkan oleh berbagai pihak yang memerlukannya. Syahbuddin Dody Yuniardi 2

DAFTAR ISI HALAMAN PENGESAHAN A. LAPORAN HASIL PENELITIAN 1 RINGKASAN DAN SUMMARY 1 PRAKATA 2 DAFTAR ISI 3 DAFTAR GAMBAR 4 DAFTAR TABEL 6 BAB I. PENDAHULUAN 7 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 9 BAB III. TUJUAN DAN MAMFAAT PENELITIAN 17 BAB IV. METODE PENELITIAN 18 BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN 23 BAB VI. KESIMPULAN 39 DAFTAR PUSTAKA 130 B. LAMPIRAN 133 3

DAFTAR GAMBAR 1. Gambar 1. Paduan cor Al-Si komersial a) diagram fasa kesetimbangan Al-Si, strukturmikro paduan b) hipoeutektik, c) eutektik dan d) hipereutektik (Davis,2004). 10 2. Gambar 2. Mikrostruktur paduan Al-17%Si a) sesudah dan b) sebelum modifikasi (Davis,2004). 11 3. Gambar 3. Pengelasan adukan gesek (friction stir welding) (Noris,2002) 13 4. Gambar 4. Bagian sambungan las paduan Al-Si cor setelah di las adukan gesek (Nandan,2008). 15 5. Gambar 5. Mesin milling yang digunakan untuk proses las gesek 19 6. Gambar 6. Dimensi mata pahat las. 19 7. Gambar 7, Mata pahat las berbahan a) baja kecepatan tinggi dan b) baja pekakas H13. 20 8. Gambar 8. Skematik alur penelitian sambungan las komposit matrik paduan Al dengan penguat partikel oksida. 22 9. Gambar 9. Foto strukturmikro logam induk dari a) AC4C dan b) ADC12. 23 10. Gambar10. Foto yang menunjukkan strukturmikro bagian pengaruh panas termomekanik antara logam induk dan bagian adukan gesek dari paduan a) AC4C dan b) ADC12. 24 4

11. Gambar 11. Foto strukturmikro bagian adukan dari logam induk AC4C untuk a) 1, b) 2, c) 3 dan d) 4 kali lewat pengelasan. 27 12. Gambar 12.. Foto strukturmikro bagian adukan dari logam induk ADC12 untuk a) 1, b) 2, c) 3 dan d) 4 kali lewat pengelasan. 29 13. Gambar13. Profile kekerasan sambungan las a) paduan AC4CH dan b) padun ADC12 dengan penguat 20, 40 dan 60%Vol 325 mesh SiC. 128 5

DAFTAR TABEL 1. Tabel 1. Komposisi kimia paduan Al seri JIS AC4C dan ADC12 (%) 18 2. Tabel 2. Pengelasan paduan Al JIS AC4C dan JIS ADC12 dengan dan tampa isian SiC, TiC dan WC 20 6

BAB I. PENDAHULUAN Energi yang menjadi ukuran kesejahteraan suatu negara makin hari makin mahal karena permintaan atas energi meningkat setiap tahunnya. Perubahan harga energi dapat membuat gejolak ekonomi suatu negara. Salah satu usaha yang dilakukan adalah melaksanakan penghematan energi segala sektor termasuk sektor tranportasi, yang merupakan penguna energi terbesar kedua setelah sektor industri. Untuk itu, disamping efesiensi proses pembakaran, saat ini, alat transportasi cenderung dibuat lebih ringan tampa menurunkan tingkat keamanan dan spesifikasi lainnya. Karena itu, bahan yang ringan seperti Al, Mg dan Ti banyak digunakan sebagai bahan komponen-komponen alat transportasi. Beberapa komponen seperti mesin, piston, velek, rumah transmissi telah mengunakan logam Al dan Mg sebagai penganti besi dan baja. Pembentukan komponen-komponen alat transportasi banyak dilakukan dengan proses pemesinan dan pengelasan, disamping proses pembentukan lainnya. Sebaliknya, komponen produk hasil cor jarang mengunakan proses pengelasan karena rendahnya sifat mekanik sambungan las. Disamping itu, produk hasil cor sering mengandung banyak cacat seperti porositas, blowhole, shringkage yang dapat menurunkan sifat dan unjuk kerja produk tersebut. Akibatnya, produk cor relatip getas dan mudah retak, pecah dan patah bila mengalami beban yang berlebihan. Umumnya, bahan paduan Al yang digunakan untuk produk cor adalah paduan hipoeutektik Al-Si. Paduan ini mempunyai sifat mampu cor yang baik, keras, kuat dan konduktivitas panasnya tinggi tetapi getas sesuai dengan tingginya kandungan Si pada paduan (Davis,2004). Disamping itu, Si pada paduan dapat diperhalus dengan penambahan sedikit P. Biasanya cacat dan kerusakan pada produk cor berbahan paduan Al-Si tidak dapat diperbaiki. Beberapa usaha perbaikan dilakukan dengan proses pengelasan fusi termasuk pengelasan busur listrik dan pengelasan dengan mengunakan gas pelindung belum memberikan hasil yang optimal (Mathers,2002). Disamping itu, lapisan oksida pada permukaan aluminium yang terbentuk akibat reaksi dengan udara disekitarnya mempunyai titik lebur tinggi. Akibatnya, pengelasan pada bahan aluminium sulit dilakukan. Pada tahun 1991, The Welding Instititute di Inggris mengembangkan cara baru dalam proses pengelasan, yaitu 7

pengelasan adukan gesek (friction stir welding) (Thomas,1991). Teknik pengelasan ini diuji coba paduan Al wrough seperti paduan seri 2xxx, 5xxx, 6xxx serta 7xxx memberikan hasil lebih baik dan cacat porositas, blowhole, shringkage dan tegangan sisa yang dihasilkan relatip rendah (Khaled,2005). Disamping itu, konsumsi tenaganya rendah, tidak ada gas hasil pengelasan dan dapat menyatukan dua bahan yang berbeda. Disamping industri otomotif, potensi penerapan teknologi meliputi industri perkapalan, kereta api, pesawat terbang dan pesawat ruang angkasa (Shercliff, 2005;Mossman, 2002; Reddy,2006; Kumbhar,2008). 8

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA - Paduan Al-Si Kadar Si dalam paduan Al-Si yang digunakan untuk membuat komponen otomotif sangat bervariasi. Berdasarkan diagram fasa kesetimbangan untuk sistem Al-Si (Davis,2004), sebagaimana ditunjukkan pada gambar 1, kelarutan Al dalam Si sangat terbatas hanya mencapai sekitar 0,0016% pada 577 C, sedangkan maksimum Si larut dalam Al sekitar 1,65%. Bila dilihat pada diagram, reaksi yang terjadi dalam sistem Al-Si hanya terdapat reaksi eutektik pada komposisi 12,6%Si pada 577 C, yaitu Cair Al- + Si-. (1) Berdasarkan komposisi eutektik tersebut, maka paduan Al-Si dapat dikategorikan sebagai Paduan eutektik Al-Si, yang kandungan Si sebesar 12,6 % dan terbentuk langsung dari pendinginan cairan paduan Al-Si. Paduan hipoeuetektik Al-Si, mengandung Si < 12,6% dengan fasa Al- utama Paduan hipereutektik AlSi, mengandung Si > 12,6% dengan fasa Si- utama. Strukturmikro paduan-paduan tersebut dapat dilihat pada gambar 1. Stukturmikro paduan eutektik Al-Si disusun oleh lamel-lamel antara fasa Al- dan Si- berbentuk fiber halus (fasa eutektik) (1.c). Pada paduan Al-Si hipoeutektik, fasa utama Al- berbentuk dendritik disekelilingi oleh fasa eutektik (1.b), sebaliknya pada paduan hipereutektik Al-Si, partikel Si- berbentuk fiber kasar dan pelat tersebar diantara fasa eutektik (1.d). - Modifikasi Strukturmikro Paduan 9

Untuk meningkatkan sifat-sifat paduan hipereutektik Al-Si, strukturmikro paduan dimodifikasi dengan memperhalus partikel Si utama dan mengubah fasa eutektik tampa struktur dendritik. Modifikasi tersebut dilakukan dengan memanbahkan unsur-unsur kimia tertentu kedalam paduan, proses pengadukan secara mekanik, proses pembentukan dan perlakuan panas. Gambar 1. Paduan cor Al-Si komersial a) diagram fasa kesetimbangan Al-Si, strukturmikro paduan b) hipoeutektik, c) eutektik dan d) hipereutektik (Davis,2004). 10

- Memperhalus Partikel Si Penghalusan partikel Si utama dilakukan dengan penambahan unsur kimia tertentu kedalam paduan Al-Si. Beberapa bahan yang digunakan untuk memperhalus partikel Si adalah Sr, Sb Ca, dan P (Xu,2007, Yoa,2003) baik berbentuk paduan master atau tablet. Penambahan bahan kimia yang populer di industri pengecoran Al-Si adalah dengan penambahan P. Penambahan tersebut dapat menghalusan partikel Si utama dan eutektik Si. Sebagai contoh, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2, penambahan P pada paduan dapat mengubah partikel Si utama pada strukturmikro paduan Al-17%Si menjadi lebih halus dibandingkan sebelum ditambahkan P. Gambar 2. Mikrostruktur paduan Al-17%Si a) sesudah dan b) sebelum modifikasi (Davis,2004) Sebuah penelitian (Song,2004) mengunakan paduan Al-2,5%P berbentuk tablet untuk memperhalus partikel Si utama dalam paduan hipereutektik Al-Si. Jumlah P sekitar 0,02% effektif menghaluskan partikel Si dari 20-30 m menjadi sekitar 15 m pada 800 C. Penelitian lain penambahan paduan master berupa paduan Al0,4P10Ti20TiC10Nd2O3 atau Al0,4P10Ti20TiC kedalam paduan Al-20%Si pada 11

850 C (Xu,2007). Proses tersebut memodifikasi partikel Si utama berukuran 150 m masing-masing menjadi sekitar 20 dan 38 m untuk waktu tahan 10 menit. Penambahan P pada peneliti-peneliti tersebut diatas dilakukan pada kondisi cair. Proses ini membutuhkan energi yang lebih besar untuk menghaluskan partikel Si. Penghalusan partikel Si utama pada paduan hipereutektik dilakukan dengan proses pengadukan secara manual, elektromagnit dan ekstrusi. Pengadukan secara manual dilakukan pada kondisi paduan cair atau setengah padat. Penelitian dengan cara pengadukan manual 550 rpm selama proses pendinginan cairan hingga setengah padat mampu menghaluskan partikel Si utama pada paduan Al-30%Si, Al-40%Si dan Al- 50%Si masing-masing menjadi 380, 610 dan 220 m (Diewwanit,1996). Disamping itu, Pengadukan dengan cara elektromagnetik berarus 8 A membuat partikel Si yang berukuran besar, 850 m, menjadi sekitar 45 m (Lu,20076). Sedangkan proses ekstrusi paduan Al20Si5Fe3Ni1,5Cu1,5Mg dengan perbandingan 10:1, 14:1 dan 28:1 pada 450 C mengubah partikel Si berukuran diameter 5-10 m menjadi lebih kecil dari 5 m (Baiging,2003). Sama hal dengan penghalusan partikel secara kimia, pengadukan secara mekanik dilakukan pada kondisi paduan cair. Cara lain untuk penghalusan partikel Si utama adalah dengan proses pendinginan. Melalui proses thixoforming, partikel Si pada paduan Al A390 dapat berukuran 30 m (Kapranos,2003). Paduan Al-25%Si hasil pembentukan semprot sebelum diektrusi mempunyai partikel Si berdiameter 6 m dan berubah menjadi 2 m setelah diekstrusi (Ha,2003). Proses pembekuan cepat dengan dengan variasi jarak semprotan 300 dan 450 mm paduan Al-18%Si masing-masing menyebabkan Si utama berukuran sekitar 3,5-7,0 m dan 4,5-8,0 m (Srivastava,2004). Proses pembentukan dengan cara semprot paduan Al-25%Si, Al-35%Si dan Al-45%Si membentuk partikel Si sekitar 2,1, 5,7 dan 7,3 m pada matrik Al- Chiang,2005). Sedangkan hasil deposisi bubuk paduan cara semprot Al21Si2Ni1Cu0,75Mg membuat partikel Si utama sekitar 2 m (Laha,2004). Prosesproses tersebut membentuk partikel Si dengan pendinginan cepat. Hasilnya partikel Si dalam keadaan intensitas stress tinggi di dalam matrik Al-. 12

Modifikasi fasa eutektik pada paduan Al-Si hipereutektik yang terdiri dari Si eutektik dan Al- juga mengunakan cara-cara yang diatas. Unsur Na dan Sr dapat memodifikasi Si eutektik berbentuk acicular menjadi fiber pada matrik Al- (Bian,2000). Fasa eutektik paduan Al-16%Si berbentuk jarum Si eutektik dalam matrik Al- tampa partikel Si utama setelah didinginkan dalam proses single roller melt-spinning technique (Uzun,2004). - Pengelasan Adukan Gesek Paduan Al Pengelasan adukan gesek merupakan pengelasan dalam kondisi padat (solidstate). Pengelasan ini dapat menyambung sisi dua buah lempengan yang disejajarkan seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. Pekakas las berbentuk silinder yang ujungnya terdiri punggung (shoulder) untuk menekan bagian las dan pin untuk mengaduk bagian sambungan las. Pekakas las diputar dengan kecepatan antara 500-1500 rpm dengan pin diposisikan antara bagian yang akan disambung. Gesekan antara pin dan logam dapat mencapai hingga temperatur 1200 C sehingga logam disekelilingnya menjadi plastis dan proses adukan akan terjadi. Punggung pekakas las ditekan pada permukaan bagian las dan bergerak kearah bagian sambungan lain dengan kecepatan antara 0,5-2 mm per detik. Gambar 3. Pengelasan adukan gesek (friction stir welding) (Noris,2002) 13

Untuk mendapatkan hasil las yang optimal, bahan dan bentuk punggung serta pin didesign sedemikian rupa. Bahan pekakas las yang digunakan tergantung kepada logam yang akan disambung. Pekakas las berbahan seperti baja kecepatan tinggi (HSS), baja pekakas H13, dan D3 digunakan untuk menyambung logam Al, Mg dan Cu, sedangkan bahan tungsten (W), paduan tungsten seperti tungsten karbida (WC), tungsten rehenium (W-25%Re) dan polycrystal cubic boron nitrate (PCBN) digunakan untuk menyambung logam yang lebih keras seperti baja, nikel dan titanium (Li,2004; Sorensen,2007; Cui,2007; Nandan,2007; Ozekein,2004). Bentuk pekakas las juga bervariasi seperti punggung rata, bergelombang dan mangkok terbalik dikombinasikan dengan pin berbentuk selinder, kerucut dan oval dengan permukaan rata. ulir dan kombinasinya (Sorensen,2007; Khaled,2005). Strukturmiro hasil las adukan gesek yang terdiri dari daerah bagian adukan (Stir Zone), bagian pengaruh panas secara termomekanik (Thermomechanical Affected Zone) dan bagian pengaruh panas (Heat Affected Zone), sebagaimana ditunjukkan pada gambar 4. Bagian adukan (SZ) mengalami laju tegangan dan regangan tertinggi serta temperaturnya juga tinggi. Kombinasi ini menyebabkan bagian ini terjadi rekristalisasi dinamik. Strukturmikro bagian adukan ini sangat tergantung pada bentuk pekakas las, kecepatan rotasi dan translasi, tekanan dan kharakteristik bahan yang akan disambung (Bhadeshia,2003). Disamping itu, bagian ini juga merupakan bagian yang terdeformasi. Pada bagian pengaruh panas secara termodinamik (TMAZ) terjadi pengkasaran penguat presipitat tetapi tidak ada rekristalisasi dinamik. Sedangkan panas pada bagian pengaruh panas (HAZ) selama pengelasan panasnya hanya menumbuhkan butir-butir saja (gambar 4). Bila secara umum sambungan logam hasil las mensyaratkan kekerasan dan kekuatan yang sama atau lebih dibandingkan dengan logam induknya, disamping tegangan sisa yang rendah. Sebaliknya, sambungan las paduan Al-Si hasil pengelasan masih. mempunyai kekerasan dan kekuatan rendah dibandingkan dengan logam induknya. Disamping itu, tegangan sisa tetap tinggi. Karena itu, sambungan las paduan ini tidak sekuat logam induknya dan mudah patah. Pengelasan adukan gesek telah dicoba 14

untuk beberapa paduan Al. Walaupun sifat plastis menjadi lebih baik dan dapat mencapai 2000% (Liu,2009), tetapi kekuatan dan kekerasan relatip tetap atau lebih rendah dibandingkan dengan logam induknya (Liu,2009, Garcia-Bernal,2009, Charit,2003). Perubahan sifat ini dikarenakan butir-butir penyusun paduan jauh lebih halus, disamping partikel penguatnya menjadi lebih kasar. Disisi lain, penelitian pengelasan adukan gesek untuk membentuk komposit metal matrik dengan penguat partikel keramik menunjukkan bahwa bagian sambungan las lebih kuat dibandingkan dengan logam induknya (Wang,2009, Lim,2009, Lee,2008). Akan tetapi, informasi sambungan las komposit matrik logam Al-Si sangat terbatas, walaupun jumlah bahan ini banyak digunakan untuk produk cor dalam industri transportasi. Untuk itu, penelitian ini memcoba memperbaiki sifat mekanik sambungan las tersebut dengan mengubah bagian adukan las berupa paduan Al dengan serpihan Si halus dicoba dikombinasi dengan partikel penguat Oksida, Karbida dan Nitrida hingga berbentuk komposit matrik logam berpenguat partikel keramik pada kondisi setengah padat sehingga jumlah porositas, shringkage rendah dan paduan lebih homogen. Hasilnya diharapkan sambungan las akan mempunyai sifat mekaniknya sama dan lebih keras dan kuat dibandingkan logam induknya seperti yang disyaratkan untuk sambungan las. Dengan demikian, penelitian ini bertujuan a). membuat sambungan las komposit matrik logam keramik, Al-Si/partikel Oksida, Karbida dan Nitrida pada paduan hipoeutektik Al-Si, b). membuat paduan setengah padat Al-Si yang ringan, keras, kuat, tahan gesek dan konduktivitas tinggi and c). mengembangkan cara baru pembuatan komposit matrik logam-partikel penguat keramik melalui kombinasi teknik adukan gesek, penghalusan partikel secara kimia pada kondisi setengah padat. 15

Gambar 4. Bagian sambungan las paduan Al-Si cor setelah di las adukan gesek (Nandan,2008). Teknologi pembentukan sambungan las ini dapat diterapkan untuk a). perbaikan cacat seperti porositas, sringkage hasil produksi komponen otomotip berbahan Al-Si, b). perbaikan retak, pecah dan patah untuk komponen alat transportasi darat berbahan paduan Al-Si seperti mesin, velek, rumah transmissi, rumah rem, disamping untuk pelat paduan Al pada alat transportasi darat, seperti kereta api, transpotasi laut seperti kapal laut dan transportasi udara seperti pesawat terbang dan pesawat ruang angkasa. 3. Uraian kegiatan yang telah dilaksanakan dan yang akan dilaksanakan Saat ini, sedang dilakukan penelitian untuk beberapa mahasiswa Teknik Mesin, Universitas Gunadarma tentang pengelasan adukan gesek untuk paduan hipoeutektik Al- Si ADC12. Kegiatan tersebut diharapkan dapat dilanjutkan dengan penelitian pengelasan adukan gesek berbahan komposit matrik paduan Al-Si/partikel penguat keramik oksida, karbida dan nitrida untuk paduan hipoeutektik Al-Si seperti AC4C dan ADC12 yang banyak digunakan untuk komponen otomotif. 16

BAB III. TUJUAN DAN MAMFAAT PENELTIAN Tujuan dan mamfaat penelitian ini adalah - Sambungan las berbahan komposit dan - Teknologi pengelasan adukan gesek (friction stir welding) pada kondisi setengah padat paduan hipoeutektik Al-Si dikombinasikan dengan penghalusan serpihan Si cara mekanik dan kimia. Luaran kegiatan ini antara lain adalah: - Publikasi ilmiah - Buku ajar - Teknologi pengelasan adukan gesek untuk sambungan komposit - Paduan Al dengan kandungan Si tinggi - Komposit Al-Si/(Si) p, dan Al-Si/(SIC) p, (TiC) p dan (WC) p. - Pekakas las adukan gesek berbahan baja kecepatan tinggi (high speed steel), baja pekakas (tool steel) H13 dan tungsten (W) atau paduan tungsten karbida (WC). 17

BAB IV. METODE PENELITIAN Bahan yang digunakan untuk disambung dalam penelitian adalah paduan Al seri JIS AC4C, dan JIS ADC12. Kedua bahan ini dikategorikan sebagai paduan Al Hipoeutektik yang diperuntukan untuk bahan cor. Komposisi kimia paduan cor Al ditunjukkan pada tabel 1. Tabel 1. Komposisi kimia paduan Al seri JIS AC4CH dan JIS ADC12 (%berat) Si Cu Mg Fe Mn Ni Zn Pb Ti Al JIS AC4CH 6,9 0,01 0,25 0,14 0,01 0,09 Bahan utama JIS ADC12 9,6-12,0 1,5-3,5 0,3 1,3 0,5 0,5 1 0,1 0,2 Bahan utama Isian untuk membentuk komposit matrik paduan logam berpenguat partikel oksida pada sambungan las adalah bubuk SiC, TiC dan WC, berukuran maksimal sekitar 44 m (325 mesh). Paduan Al dipotong hingga berukuran kupon 50x20x5 mm. Kemudian kuponkupon tersebut dipanaskan dalm tungku pada 250 C untuk waktu 1 jam dan didinginkan di dalam tungku untuk menghilangkan tegangan sisa akibat proses pemotongan. Proses pengelasan dilakukan pada mesin milling seperti ditunjukkan pada gambar 5. Proses las dilakukan dengan memutar mata pahat dengan pin antara 2 kupon yang akan disambung. Bahan mata pahat adalah baja kecepatan tinggi (high speed steel) dan baja pekakas (tool steel) H13 dengan ukuran panjang keseluruhan 100 mm; 30 mm untuk pegangan ke mesin milling dengan diameter 16 mm, 67,2 mm untuk punggung pekakas berdiameter 18 mm dan 2,8 mm untuk pin berbentuk silinder kerucut berdiameter 3 mm, seperti ditunjukkan pada gambar 6. Kedua dimensi mata pahat las ditunjukkan pada gambar 7, baik berbahan baja kecepatan tinggi maupun baja pekakas H13. 18

Gambar 5. Mesin milling yang digunakan untuk proses las gesek 18 16 3 30 67,2 Gambar 6. Dimensi mata pahat las 19 3 2

a) b) Gambar 7, Mata pahat las berbahan a) baja kecepatan tinggi dan b) baja pekakas H13 Dalam proses pengelasan adukan gesek, kecepatan las diatur sekitar 7-8 mm/menit dengan kecepatan 1200 rpm. Selama proses las, sudut kemiringan permukaan kupon terhadap arah horizontal diatur sekitar 1. Sebelum dilas, sisi bagian yang disambung ada yang diberi bubuk SiC, TiC dan WC sekitar 20, 40 dan 60 %volum berukuran maksimal 44 m (325 mesh). Pengelasan dengan dan tampa isian pada paduan Al JIS AC4C dan JIS ADC12 dilakukan hingga 4 kali pengelasan sebagaimana ditunjukkan pada tabel dibawah ini. Tabel 2. Pengelasan paduan Al JIS AC4CH dan JIS ADC12 dengan dan tampa isian SiC, TiC dan WC Bahan Las JIS AC4C JIS ADC12 Jumlah pengelasan Tampa isian Isian SiC TiC WC 1 2 3 4 1 2 3 4 20

Bagian sambungan las dipotong melintang dengan ukuran 10x20x5 mm dan kemudian dimonting dalam resin plastik. Permukaan penampang lintang sambungan las dihaluskan dengan kertas amplas SiC bernomor 240 pada satu arah, kemudian apabila jejak penghalusan semua telah seragam pada satu arah, dilanjutkan dengan penghalusan dengan kertas amplas yang lebih halus, yaitu kertas amplas SiC no.400 dengan arah yang berbeda terhadap arah amplas sebelumnya. Penghalus permukaan sambungan dilanjutkan dengan kertas amplas bernomor 600, 800, 1000, 1200 dan 1500. Setiap akhir pengamplas dengan kertas amplas dengan nomor tertentu, sampel selalu dibersihkan dengan air, dibersihkan lagi dengan metanol dan kemudian dikeringkan dengan udara kompressor. Penghalusan permukaan dilanjutkan dengan proses poles yang mengunakan pasta bubuk intan berukuran 0,3 m. Setelah permukaan sambungan seperti cermin dan tidak terlihat ada goresan, sampel dicuci kembali dengan air, dilanjutkan dengan metanol dan dikeringkan dengan udara kompressor. Strukturmikro dan fasa-fasa yang terdapat pada paduan Al dan sambungan diamati melalui mikroskop optik. Skematik proses penelitian sambungan las komposit situnjukkan pada gambar 8. Sesuai dengan rencana, penelitian ini telah melakukan pembuatan pekakas las adukan berbahan baja kecepatan tinggi (HSS) dan perangkat pemegang sampel dan proses pengelasan paduan Al-Si dengan penambahan partikel oksida. Tahap terakhir, tahap pengujian paduan untuk komposisi, strukturmikro dan sifat mekanik juga dilakukan dalam penelitian ini. 21

Mulai Pemotongan paduan Al berukuran 50x20x5 mm Pengelas gesek dengan kecepatan gerak 7-8 mm/menit, 1200 rpm pada kemiringan 1 Mounting sambungan las secara melintang dalam resin plastik Metalografi Pengamatan strukturmikro dan fasa-fasa pada paduan Al dan sambungan las Selesai Gambar 8. Skematik alur penelitian sambungan las komposit matrik paduan Al dengan penguat partikel oksida. 22

BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN Secara umum, sambungan las terdiri dari bagian-bagian paduan induk (base metal), pengaruh panas (heat affected zone), pengaruh panas termomekanik (thermomechanical affected zone) dan adukan gesek (stir zone). Dua bagian pertma dan bagian adukan terlihat pada sambungan las paduan Al AC4C dan ADC12. Bagian pengaruh panas termomekanik terlihat tipis diantara logam induk dan bagian adukan gesek. Sedangkan bagian adukan mempunyai struktur yang sangat berbeda dibandingkan bagian-bagian lainnya karena mengalami kombinasi proses pemanasan dan deformasi. Paduan hipoeutektik Al-Si disusun oleh fasa utama larutan padat Al- dan fiber kristal-kristal Si. Formasi kristal-kristal Si pada matrik Al- tergantung pada komposisi paduan, perlakukan mekanik dan panas serta proses pembentukan. Pada gambar 9 terlihat bahwa strukturmikro logam induk AC4C dan ADC12 disusun oleh fiber-fiber kasar kristal Si dalam matrik Al. Jumlah fiber Si lebih banyak pada paduan ADC12. Hal ini berhubungan dengan tingginya kandungan Si pada paduan ADC12, mendekati 12% dibandingkan dengan paduan AC4C, sekitar 7%. Disamping itu, Si pada paduan ADC12 juga terdapat dalam bentuk pelat. Struktur yang sama ditunjukkan juga pada paduan hipoeutektik dan eutektik Al-Si komersial (ASM, 2004). 23

a) 39 m b) Gambar 9. Foto strukturmikro logam induk dari a) AC4C dan b) ADC12 Gambar 10 menunjukkan strukturmikro bagian transisi dari logam induk ke bagian adukan. Bagian transisi yang dikenal sebagai bagian pengaruh panas 24

termomekanik terdiri dari fiber-fiber halus kristal Si dalam matrik Al. Fiber-fiber kasar pada bagian adukan terpotong-potong selama pengelasan adukan gesek menjadi partikelpartikel halus, seperti ditunjukkan pada gambar 3, strukturmikro bagian adukan gesek paduan AC4C setelah pengelasan adukan gesek 1 kali lewat (pass). Beberapa penelitian (Lee,2003, Ma,2008 dan Ma,2004) sebelumnya memberikan informasi yang sama bahwa adukan gesek membentuk partikel-partikel halus kristal Si pada paduan A356 and ADC12. a) 25

39 m b) Gambar10. Foto yang menunjukkan strukturmikro bagian pengaruh panas termomekanik antara logam induk dan bagian adukan gesek dari paduan a) AC4C dan b) ADC12. Bagian adukan las gesek paduan AC4C hasil 1 sampai 4 kali pengelasan lewat ditunjukkan pada strukturmikro pada foto-foto pada gambar 11. Fiber-fiber Si kasar pada bahan asal terpotong-potong menjadi partikel-partikel halus Si pada matrik Al. Partikelpartikel tersebut semangkin halus dengan bertambahnya jumlah pengelasan hingga 4 kali. Hal yang sama terjadi pada paduan ADC12, gambar 12. Partikel-partikel halus Si terbentuk pada bagian adukan setelah pengelasan gesek. Partikel-partikel tersebut juga semangkin halus dengan bertambahnya jumlah pengelasan hingga 4 kali. Perbedaannya terdapat pada jumlah partikel-partikel Si pada bagian adukan. Karena kandungan Si lebih banyak pada paduan ADC12, jumlah partikel-partikel Si yang terdistribusi pada sambungan las ADC12 lebih banyak dibandingkan dengan sambungan las AC4C. Kedua struktur ini dapat dikategorikan sebagai komposit matrik logam Al berpenguat partikel Si. 26

a) b) 27

c) 39 m d) Gambar 11. Foto strukturmikro bagian adukan dari logam induk AC4C untuk a) 1, b) 2, c) 3 dan d) 4 kali lewat pengelasan. 28

a) b) 29

c) 39 m d) Gambar 12.. Foto strukturmikro bagian adukan dari logam induk ADC12 untuk a) 1, b) 2, c) 3 dan d) 4 kali lewat pengelasan. 30