PENGARUH KECEPATAN PUTARANDAN DWELL TIME FLAT TOOL TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK SAMBUNGAN FSSW AA5083DANGALVANIZED STEEL SKRIPSI DiajukanSebagai Salah SatuSyaratUntukMemperolehGelar SarjanaTeknik Oleh : DHARMA NUGRAHA NIM. I0412016 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
PENGARUH KECEPATAN PUTARAN DAN DWELL TIME FLAT TOOLTERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK FSSWALUMINIUM AA5083 H321 DAN GALVANIZED STEEL Dharma Nugraha Program Studi TeknikMesin FakultasTeknikUniversitasSebelasMaret Surakarta Indonesia E-mail : nugrahadharma93@gmail.com Abstrak Friction Stir Spot Welding (FSSW) merupakan teknologi penyambungan titik pada keadaan solid-state pada material yang umumnya berbentuk lembaran yang dikembangkan sebagai alternatif pengelasan pada pengelasan fusi dan resistant spot welding (RSW) pada material tidak sejenis. Dalam penelitian ini, akan membahas tentang pengaruh variasi kecepatan putaran dan dwell time antara material AA5083 H321 dengan baja galvanis pada FSSW terhadap, kekerasan, beban tarik geser, struktur makro dan struktur mikro dengan metode pinless tool. Variasi yang digunakan pada pengelasan ini adalah kecepatan putaran (1000, 1200, 1600, dan 2000) dan dwell (3s, 5s, dan 7s) dengan variabel konstan plunge depth sebesar 2,7mm, diameter tool 12mm, dan penetration rate 0,9mm/s. Hasil beban tarik geser menunjukkan dengan bertambahnya kecepatan putaran dan dwell time akan mempengaruhi hasil sambungan yang didapatkan. Pada kecepatan putaran 2000 dan dwell time 7s didapatkan nilai beban tarik geser maksimum sebesar (4,3 KN). Kata Kunci : FSSW, AA5083-H321, Baja Galvanis,Kecepatan Putar, Dwell Time, Beban Tarik Geser, Makrostruktur, Mikrostruktur, Vickers v
THE EFFECT OF ROTATIONAL SPEED AND DWELL TIME FLAT TOOL TO PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIESFSSW ALUMINIUM AA5083 H321 AND GALVANIZED STEEL Dharma Nugraha Departement of Mechanical Engineering Engineering Faculty of SebelasMaret University Surakarta Indonesia E-mail : nugrahadharma93@gmail.com Abstract Friction Stir Spot Welding (FSSW) is a solid-state joining process which the materials are typically in the form of sheets which then developed as the welding alternative for fusion welding and resistant spot welding (RSW) for different materials. This research analyzes the effect of rotational speed variation and dwell time between material type AA5083 H321 with galvanized steel using FSSW in terms of hardness,tensile shear load, macro and micro structure by using pinless flat tool method. The variation used in this welding process are rotation speed (1000, 1200, 1600 and 2000)and dwell ( 3s, 5s, and 7s) with constant variable plunge depth which is 2.7mm, 12mm diameter tool and 0.9mm/s penetration rate. The result of tensile shear load shows that with the increasing rotational speed and dwell time will affect to the result obtained in joining process. At 2000 rotation speed and 7s dwell time will result tensile shear load maximum value to 4.3KN. Keywords: FSSW, AA5083-H321, Galvanized Steel, Rotation Speed, Dwell Time, Tensile Shear Load, Macrostructure, Microstructure, Vickers vi
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah serta bantuan kepada penulis sehingga mampu melaksanakandanmenyelesaikan skripsidenganjudul PengaruhKecepatanPutardanDwell TimeTerhadapSambunganDissimilar FSSW PlatAlumunium 5083 dengangalvanized Steel denganbaik. Dalam mengerjakan skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan banyak terima kasih kepada pihak pihak yang memberi segala bantuan, dukungan, dan perhatian selama penulis menyelesaikan skripsi ini. Penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada : 1. BapakDr. NurulMuhayat S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing I yang senantiasa memberikan arahan, nasehat, motivasi dan bimbingan dalam menyelesaikan skripsi ini. 2. BapakDr. Triyono, S.T.,M.T.,selakuDosenPembimbing II dan Pembimbing Akademis yang memberikan bimbingan, arahan, dan motivasi dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. BapakHeruSukanto, S.T., M.T.,BapakTeguhTriyono, S.T.,M.Eng., danbapak Dr. Eko Surojo, S.T., M.T., selaku dosen penguji Tugas Akhir penulis yang telah memberi saran yang membangun. 4. Bapak Dr. Eng Syamsul Hadi S.T.,M.T., selaku Kepala Program StudiS1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret. 5. SeluruhstafdosenProgram StudiTeknikMesinFakultasTeknikUniversitasSebelasMaret yang telahturutsertamendidikpenulishinggamenyelesaikanstudi S1. 6. SeluruhstafkaryawanadministrasiProgram StudiTeknikMesinFakultasTeknikUniversitasSebelasMaret yang telahmemberikankemudahandalamhaladministrasi. iii
7. Ayah, Ibu, dan kakak-kakak yang penulis sayangi atas doa, motivasi, nasehat, dan bantuan berupa material dalam menyelesaikan skripsi ini. 8. Sahabat-sahabat seperjuangan S1 Teknik Mesin UNS angkatan 2012. 9. Rekan-rekan, kakak tingkat, adik tingkat, dan laboran Laboratorium Material dan Laboratorium Proses Produksi Teknik Mesin UNS 10. Keluarga Mahasiswa Teknik Mesin UNS yang banyak memberikan pelajaran yang membangun dalam berorganisai. 11. Segenap penghuni kos Cemburu yang selalu memberi semangat. 12. Rezha Nugraha yang memberi dorongan, semangat, dan bantuan dalam menyelesaikan skripsi ini. 13. Belia Rizki Elwina yang memberikan motivasi, dukungan, dan doa kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 14. Dan semua pihak yang memberi dukungan dan kelancaran kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu-persatu. Penulis menyadari bahwa dalam menyusun skripsi ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan kemampuan dan pengetahuan penulis. Oeleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak agar dapat menjadi masukan yang berguna bagi penulis dalam memperbaiki penulisan lain yang akan datang. Penulis berharap semoga laporan skripsi ini berguna dan bermanfaat untuk semua pihak. Surakarta, 31 Agustus 2016 Penulis iv
DAFTAR ISI Halaman Judul... i Halaman Pengesahan... ii Kata Pengantar... iii Abstrak... v Daftar Isi... vii Daftar Gambar... viii Daftar Tabel... ix Daftar Lampiran... x Bab I Pendahuluan... 1 1.1.Latar Belakang... 1 1.2.Rumusan Masalah... 2 1.3.Batasan Masalah... 3 1.4.Tujuan dan Manfaat Penelitian... 3 1.5.Sistematika Penulisan... 4 Bab II Tinjauan Pustaka... 5 2.1.Friction Stir Spot Welding (FSSW)... 5 2.2.Penelitian FSSW... 8 2.3.Material Pengelasan... 12 2.4.Mekanisme Penguatan... 14 2.5.Lapisan Intermetalik... 17 Bab III Metodologi Penelitian... 19 3.1.Tempat Penelitian... 19 3.2.Alat dan Bahan... 19 3.3.Prosedur Penelitian... 20 3.4.Diagram Alir Penelitian... 23 Bab IV Data dan Analisis... 24 4.1.Hasil Observasi Makroskopik... 24 4.2.Hasil Observasi Mikroskopik... 27 4.3.Hasil Pengujian Kekerasan Vickers... 34 4.4.Hasil Pengujian Tarik Geser... 37 Bab V Penutup... 45 Daftar Pustaka Lampiran vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Tiga tahap FSSW (a), Plungging; (b), Stirring; (c), Retracting... 6 Gambar 2.2. Daerah karakteristik pada FSSW... 7 Gambar 2.3. Hasil uji beban tarik geser... 9 Gambar 2.4. Hasil uji beban tarik geser... 10 Gambar 2.5. Hasil uji keras dengan 3 bentuk tool yang berbeda... 10 Gambar 2.6. Pengaruh kecepatan putar dan holding time pada uji tarik geser. 11 Gambar 2.7. Hasil SEM... 12 Gambar 2.8. Temper designation system... 16 Gambar 2.9. Diagram fasa paduan aluminium dengan baja... 18 Gambar 3.1. Tool FSSW... 20 Gambar 3.2. Dimensi Spesimen FSSW... 20 Gambar 3.3. Diagram alir penelitian... 23 Gambar 4.1. Hasil Observasi Maksrokopik... 24 Gambar 4.2. Pemetaan Daerah Observasi Mikroskopik... 27 Gambar 4.3. Hasil Foto SEM... 27 Gambar 4.4. Observasi fasa pada hasil lasan... 29 Gambar 4.5. Daerah Mikroskopis Base Metal... 29 Gambar 4.6. Daerah Observasi mikroskopis daerah A... 30 Gambar 4.7. Daerah Observasi mikroskopis daerah C... 34 Gambar 4.8. Pemetaan pengujian kekerasan... 34 Gambar 4.9. Diagram hasil uji kekerasan Vickers... 36 Gambar 4.10. Diagram hasil uji beban tarik geser... 38 Gambar 4.11. Diagram luas area berikatan... 39 Gambar 4.12. Bagian patahan dari sisi Aluminium... 39 Gambar 4.13. Daerah observasi SEM patahan variasi A1... 41 Gambar 4.14. Daerah observasi EDS patahan variasi A1 (a) daerah X1 dan (b) daerah X3... 43 Gambar 4.15. Daerah observasi patahan dengan pengujian SEM pada variasi A1 dan C1... 44 viii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Kelebihan FSSW dengan pengelasan lain... 8 Tabel 2.2. Komposisi Alumunium Alloys 5083-H321... 13 Tabel 2.3. Sifat mekanik Alumunium Alloys 5083-H321... 13 Tabel 2.4. Sifat fisik Alumunium Alloys 5083-H321... 13 Tabel 2.4. Komposisi kimia hasil spektrometri... 14 Tabel 2.5. Sifat Mekanik baja galvanis... 14 Tabel 3.1. Variabel penelitian... 21 Tabel 3.2. Jadwal Penelitian... 24 Tabel 4.1. Observasi Makroskopik... 25 Tabel 4.2. Aliran Zn pada ujung Stirzone... 26 Tabel 4.3. Hasil EDS... 28 Tabel 4.4. Daerah observasi mikroskopis A... 31 Tabel 4.5. Daerah observasi mikroskopis B... 32 Tabel 4.6. Daerah observasi mikroskopis C... 33 Tabel 4.7. Observasi hasil patahan dengan foto makro... 40 Tabel 4.8. Hasil observasi SEM patahan variasi A1... 41 Tabel 4.9. Hasil observasi EDS patahan variasi A1... 43 ix
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Hasil Uji Spektrometri Baja Galvanis... 2 Lampiran 2. Hasil Uji Kekerasan Vickers... 3 Lampiran 3. Hasil Uji Tarik Geser... 4 Lampiran 4. Grafik Uji Tarik Variasi A1... 6 Lampiran 5. Grafik Uji Tarik Variasi A2... 7 Lampiran 6. Grafik Uji Tarik Variasi A3... 8 Lampiran 7. Grafik Uji Tarik Variasi A4... 9 Lampiran 8. Grafik Uji Tarik Variasi B1... 10 Lampiran 9. Grafik Uji Tarik Variasi B2... 11 Lampiran 10. Grafik Uji Tarik Variasi B3... 12 Lampiran 11. Grafik Uji Tarik Variasi B4... 13 Lampiran 12. Grafik Uji Tarik Variasi C1... 14 Lampiran 13. Grafik Uji Tarik Variasi C2... 15 Lampiran 14. Grafik Uji Tarik Variasi C3... 16 Lampiran 15. Grafik Uji Tarik Variasi C4... 17 Lampiran 16.Hasil Uji EDS Bagian Tengah Patahan... 18 Lampiran 17. Hasil Uji EDS Bagian Samping Patahan... 19 x