BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah dilakukan proses pengelasan gesek (friction welding) dan pengujian tarik dari setiap spesimen benda uji, maka akan diperoleh data hasil pengujian. Data yang diperoleh dari pengujian digunakan untuk mengetahui bagaimana pengaruh waktu upset terhadap kekuatan tarik dan struktur mikro. 4.1. Hasil Pengelasan Gesek Setelah dilakukan pengelasan gesek pada material aluminium 6061 T6 dengan stainless steel 304 diperoleh hasil sebagai berikut : Gambar 4.1. Hasil pengelasan gesek. Setelah dilakukan proses pengelasan seperti pada gambar 4.1 terlihat flash yang terjadi hanya pada aluminium 6061 T6. Hal tersebut dikarenakan sifat aluminium yang lebih lunak sehingga mencapai kondisi thermoplastic terlebih dahulu jika dibandingkan dengan stainless steel. Terlihat flash yang terjadi juga tidak jauh berbeda pada setiap spesimen karena untuk waktu gesek, tekanan gesek, dan tekanan tempa diperlakukan sama pada setiap spesimen, yang berbeda hanya waktu tempanya saja dengan variasi waktu tempa 4 detik, 6 detik, 8 detik, 10 detik, 12 detik, 14detik, 16 detik, 18 detik 20 detik, dan 22 detik. Selanjutnya specimen hasil lasan dilakukan pemesinan dan diukur pemendekannya untuk dilakukan pengujian tarik. 41
Pemendekan (mm) 42 4.2. Pengukuran Pemendekan Tabel 4.1. Pemendekan No Variasi waktu tempa (detik) Panjang awal (mm) Panjang akhir (mm) Pemendekan (mm) 1 4 60 47,1 12,9 2 6 60 51,8 8,2 3 8 60 53 7 4 10 60 54 6 5 12 60 49,6 10,4 6 14 60 49,5 10,5 7 16 60 50 10 8 18 60 49,8 10,2 9 20 60 47,7 12,3 10 22 60 48,4 11,6 14 12 10 8 6 4 2 0 0 4 8 12 16 20 24 waktu upset (detik) pemendekan Linear (pemendekan) Gambar 4.2. Grafik Pemendekan
43 Dari tabel 4.1 dapat dilihat bahwa pemendekan paling tinggi dialami oleh variasi waktu tempa 4 detik dan pemendekan paling rendah dialami oleh variasi waktu tempa 10 detik. Terlihat dari gambar 4.2 selilih antara tiap spesimen juga banyak yang tidak jauh berbeda. Pengaruh variasi waktu upset terhadap perubahan panjang jika ditarik garis linier maka perubahan panjang yang terjadi cenderung konstan. Pemendekan terjadi pada logam aluminium karena logam aluminium telah terlebih dahulu mencapai kondisi thermoplastic yaitu keadaan plastis akibat panas dari gesekan. 4.3. Hasil Pengujian Tarik Spesimen hasil pengalesan sebelum dilakukan pengujian tarik, terlebih dahulu dilakukan pemesinan agar flash yang terbentuk hilang dan spesimen tersebut akan berbentuk sesuai standar JIS Z2201 yang merupakan standar uji tarik (lihat gambar 4.2). Dalam proses pemesinan akan menghasilkan diameter spesimen yang berbeda-beda, hal tersebut terjadi karena pada saat proses pengelasan gesek diberikannya penekanan membuat hasil spesimen uji menjadi kurang linear. Selanjutnya dilakukan perataan agar mendapatkan spesimen yang lurus. Tujuannya dilakukan perataan agar spesimen saat di uji tarik bisa mendapatkan hasil yang baik dan akurat. Gambar 4.3. Spesimen hasil pengelasan setelah dilakukan pemesinan. Dilanjutkan dengan pengujian tarik setelah dilakukan proses pengelasan dan pemesinan. Dari hasil uji tarik dapat dilihat pada tabel 4.1. Setelah dilakukan pengujian tarik dapat diketahui bahwa spesimen tidak mengalami pertambahan panjang. Karena pada seluruh spesimen mengalami putus didaerah sambungan
Tegangan (MPa) 44 lasan atau bisa disebut patah getas. Patahan yang terjadi dapat dilihat pada gambar 4.6. 250 200 150 100 50 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 Regangan TU 4 detik TU 6 detik TU 8 detik TU 10 TU 12 TU 14 TU 16 TU 18 TU 20 TU 22 Gambar 4.4. Grafik tegangan-regangan Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Tarik AA6061 dengan AISI 304. No Tekanan Gesek (Mpa) Waktu Gesek (Detik) Tekanan Upset (Mpa) Waktu Tempa (Detik) Hasil Kekuatan Tarik (MPa) Modulus Elastisitas (E) (Mpa) Elongation (ε) (%) 1 35 4 130 4 225,591 2151,89 13,125 2 35 4 130 6 226,446 1570,17 16,312 3 35 4 130 8 235,144 2191,78 12,104 4 35 4 130 10 211,286 1695,65 14,458 5 35 4 130 12 208,653 1641,30 14,5 6 35 4 130 14 226,486 1747,36 14,812 7 35 4 130 16 224,881 1603,96 15,395 8 35 4 130 18 237,736 1755,10 15,187 9 35 4 130 20 220,278 1627,65 14,812 10 35 4 130 22 222,497 1851,85 13,333
Kekuatan tarik (MPa) 45 300 275 250 225 200 175 150 125 100 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Waktu tempa (detik) Gambar 4.5. Grafik hubungan waktu tempa dengan kekuatan tarik. Pada grafik hubungan antara waktu tempa dengan kekuatan tarik hasil pengujian menunjukkan bahwa pengaruh pada variasi waktu tempa dengan tekanan gesek 35 MPa, tekanan tempa 130 MPa dan waktu gesek 4 detik terhadap kekuatan tarik tidak berpengaruh banyak. Kekuatan tarik paling tinggi pada variasi waktu tempa 18 detik yaitu sebesar 237 MPa. Sedangkan kekuatan tarik terendah pada variasi waktu tempa 12 detik yaitu sebesar 208 MPa. Dari penelitian sebelumnya yang sudah dilakukan antara autenitic stainless steel (AISI 304) dengan aluminium menggunakan parameter tekanan gesek 30 MPa, waktu gesek 4 detik dan tekanan tempa 60 MPa merupakan hasil kekuatan tarik tertinggi yaitu sebesar 191 MPa. Setelah dilakukan pengamatan uji mikro terjadi deformasi yang meningkat pada interface aluminium. Nilai kekerasan pada daerah dekat interface lebih tinggi dari pada logam induknya (Sahin, 2008). Memiliki perlakukan uji kekerasan yang sama dari pengujian yang dilakukan. Dari hasil kekuatan tarik sambungan, bahwa nilainya cenderung hampir tidak jauh berbeda, sedangkan pada pemendekan yang terjadi antara sambungan logam juga cenderung stabil. 4.4. Fraktografi
46 a b AL SS AL SS c AL SS Gambar 4.6. Patahan hasil uji tarik. (a) Tu 18 detik, (b) Tu 16 detik, (c) Tu 12 detik. Terlihat pada gambar 4.6 foto makro dari penampang patahan yang merupakan patahan getas. Pada spesimen sambungan yang dilakukan uji tarik semuanya mengalami patah getas. Patah getas terjadi karena tidak adanya deformasi plastis. Patah getas umumnya memiliki permukaan patahan yang tegak lurus dengan arah pembebanan saat dilakukan pengujian tarik. Pada patah getas sudah terjadi adanya bonding pada interface masing-masing logam. Adanya bonding atau ikatan menandakan bahwa logam sudah tersambung baik. penampang patah pada interface logam terlihat seperti pada gambar 4.7.
47 Waktu Tempa Al 6061 T6 AISI 304 18 detik 16 detik 12 detik Gambar 4.7. Penampang patah hasil uji tarik. Dari hasil setelah dilakukannya pengujian tarik diperoleh bahwa semua spesimen mengalami patah getas. Hal ini disebabkan karena adanya thermoplastic antar muka akibat dari aliran panas yang tidak merata maka sambungan saat dilakukan uji tarik mengalami patah getas. Terlihat pada gambar 4.6 variasi waktu tempa 18 detik yang merupakan kekuatan tarik tertinggi sudah terlihat adanya bonding yang sangat menonjol dengan adanya logam aluminium yang tertinggal pada interface stainless steel 304 tetapi hanya pada bagian tertentu dan tidak terlalu banyak. Untuk kekuatan tarik terendah memiliki variasi waktu tempa 12 detik terlihat sudah banyak terjadi bonding pada penampang stainless steel 304. Ikatan atau bonding yang terjadi hampir di seluruh penampang stainless steel 304. Hal tersebut menandakan bahwa logam yang satu menempel pada logam yang lainnya.
48 4.5. Hasil Pengujian Mikro Berdasarkan hasil uji tarik sampel uji yang dipilih untuk dilakukan pengujian mikro adalah variasi waktu tempa 18 detik dengan tekanan gesek 35 MPa, tekanan tempa 130 Mpa dan waktu gesek 4 detik yang merupakan hasil kekuatan tarik tertinggi. Pengujian dilakukan pada beberapa titik seperti pada gambar 4.7 (b) untuk dilihat ada atau tidaknya perubahan struktur mikro pada material logam aluminium 6061 T6 dan stainless steel 304. SS AL 5 4 1 2 6 3 Gambar 4.8. (a) spesimen uji mikro perbesaran 200x, (1) daerah las aluminium 6061 T6, (2) daerah HAZ aluminium 6061 T6, (3) daerah logam induk aluminium 6061 T6, (4) daerah 4 stainless steel 304, (5) daerah 5 stainless steel 304, (6) daerah 6 stainless steel 304. Struktur mikro dari 3 daerah lasan pada masing-masing logam dengan mikroskop optik (Gambar 4.7). Daerah 1 menampilkan struktur mikro pada daerah dekat sambungan lasan aluminium 6061 T6 memiliki ukuran butir kecil paling banyak dibandingan dengan daerah yang lain. Sedangkan pada daerah 2
49 memperlihatkan daerah terkena panas (HAZ) dengan ukuran butir lebih besar dari butir daerah 1 dan memiliki jumlah butiran yang lebih sedikit dari daerah 1. Butiran terlihat jelas pada logam induk atau base metal yaitu di daerah 3 dengan butiran yang besar cenderung lebih banyak. Dalam hasil lasan setelah di uji struktur mikronya terlihat tidak nampak porositas pada sambungan. Hal tersebut terjadi karena tekanan yang diberikan cukup tinggi. Daerah 4 dan daerah 5 jika dilihat struktur mikronya hampir sama dengan daerah 6. Hal ini didukung dengan hasil uji kekerasan vickers yang ketiga daerah tersebut mempunyai nilai kekerasan yang sama yaitu sebesar 237,7 VHN. Tidak berubahnya struktur mikro pada stainless steel karena temperatur saat pengelasan gesek belum mencapai kondisi termoplastisnya. Struktur mikro fasa austenit daerah 6 terlihat jelas pada logam induk atau base metal dengan susunan butir pipih yang besar sehingga material ini bersifat ulet. 4.6. Hasil Pengujian Kekerasan Pengujian kekerasan ini dilakukan pada spesimen yang setelah dilakukan uji tarik memiliki kekuatan tarik tertinggi. Tabel 4.3 menunjukkan data hasil pengujian kekerasan dengan menggunakan uji kekerasan vickers. No Tabel 4.3. Hasil Pengujian Kekerasan Vickers pembebanan 200 gf. Waktu tempa 1 18 Aluminium 6061 T6 Stainless Steel 304 Jarak dari sambungan d1 (µm) d2 (µm) d rata rata Kekerasan (VHN) (µm) 10.0 mm 70.0 68.50 68.50 79.0 1.5 mm 84.0 84.0 84.50 51.9 0.5 mm 86.0 83.0 84.50 51.9 0.5 mm 40.0 39.0 39.50 237.7 1.5 mm 39.0 40.0 39.50 237.7 10.0 mm 39.0 40.0 39.50 237.7 Proses pengelasan aluminium 6061 T6 dengan stainless steel 304 metode continuous drive friction welding (CDFW) menggunakan tekanan gesek 35 MPa,
NILAI KEKERASAN VICKERS (VHN) 50 waktu gesek 4 detik, tekanan tempa 130 MPa dan variasi waktu tempa. Pengujian kekerasan dilakukan pada spesimen hasil uji tarik dengan kekuatan tarik yang tertinggi. Dari hasil yang telah dilakukan pengujian kekerasan terlihat pada logam aluminium mengalami pelunakan pada daerah lasan dan daerah terpengaruh panas. Sedangkan kekerasan pada logam induk sebersar 79.0 VHN. Pada logam stainless steel terlihat kekerasan tidak mengalami perubahan. Hal ini dikarenakan aluminium terlebih dahulu mengalami kondisi thermoplastic yang timbul akibat dari panas gesekan kedua ujung permukaan benda. Al SS 250 200 150 100 50 0-15 -10-5 0 5 10 15 JARAK DARI SAMBUNGAN (MM) TU = 18 detik Gambar 4.9. Grafik kekerasan pada sambungan las gesek dengan variasi waktu tempa 18 detik. Dari hasil pengukuran dapat dilihat pada gambar 4.8 bahwa harga VHN stainlees steel 304 tidak mengalami perubahan. Perubahan nilai kekerasan terjadi pada aluminium 6061 T6. Pada aluminium 6061 T6 terlihat bahwa harga VHN daerah dekat sambungan semakin menurun dari harga VHN logam induk. Hal tersebut terjadi karena logam aluminium 6061 T6 mengalami rekrstalisasi kemudian terjadi pelunakan pada daerah tersebut. Logam stainless steel 304 tidak mengalami perubahan pada harga VHNnya karena pada logam tersebut saat dilakukan pengelasan gesek temperaturnya belum mencapai kondisi termoplastisnya.