TUGAS AKHIR

Analisa Pengaruh Perlakuan Panas Annealing dan

Normalizing Hasil Pengelasan Metode Friction Stir

Welding (FSW) pada Aluminium Alloy 2024

Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis

Disusun:

BAYU ADIT SETYAWAN

NIM : D200 140 021

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2019

ii

iii

iv

v

vi

LEMBAR MOTTO

“Jangan terlalu ambil hati ucapan seseorang, kadang manusia punya mulut tapi

belum tentu punya otak”

(Albert Einstein)

“Sometimes we have to go deep inside ourselves to solve our problems”

(Patrick Star)

vii

LEMBAR PERSEMBAHAN

Laporan Tugas Akhir ini penulis persembahkan khusus kepada:

1. Bapak dan Ibu tercinta yang tiada henti untuk selalu berdoa, mendukung, dan

memberi nasihat kepada penulis agar selalu bersemangat dalam

menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Saudara dan seluruh anggota keluarga besar penulis yang selalu memberi

motivasi, dukungan serta semangat tiada tara.

3. Teman-teman Tim Tugas Akhir atas kerja samanya dalam penyelesaian

laporan Tugas Akhir ini.

4. Kawan-kawan Diskusi Poker yang telah ikut memberi bala bantuan dan

dukungan.

5. Seluruh kawan-kawan terdekat penulis di dalam maupun di luar kampus.

6. Seluruh teman-teman dari Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah

Surakarta, jurusan lain maupun dari luar Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

7. Seluruh dosen dan staf pengajar Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

viii

ABSTRAK

Dalam penelitian ini, bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan panas

Annealing dan Normalizing hasil pengelasan metode Friction Stir Welding (FSW)

pada Aluminium Alloy 2024 terhadap sifat fisis dan mekanis. Proses penyambungan

logam Aluminium dilakukan melalui metode Friction Stir Welding (FSW), yaitu

pengelasan memanfaatkan gesekan yang terjadi antara tool dan benda kerja yang

akan disambung. Salah satu faktor yang mempengaruhi sifat fisis dan mekanis hasil

pengelasan adalah perlakuan panas dengan Annealing dan Normalizing.

Pengelasan metode Friction Stir Welding (FSW) menggunakan material plat

Aluminium Alloy 2024 dengan ukuran 150 × 50 × 30 mm dengan putaran tools 1500

rpm dan feed rate 60 mm/menit. Hasil pengelasan diberi perlakuan panas Annealing

dan Normalizing untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis dari sambungan

pengelasan metode Friction Stir Welding pada Aluminium Alloy 2024.

Dari hasil pengujian tarik didapatkan tegangan tarik maksimum terdapat pada

spesimen Normalizing yaitu sebesar 220,45 MPa dan regangan maksimum

diperoleh oleh spesimen Raw sebesar 11,21 Mpa. Dari hasil uji kekerasan Brinell

didapatkan hasil tertinggi pada tiap zona las antara lain daerah Nugget sebesar 65,6

BHN pada spesimen Normalizing, HAZ sebesar 58 BHN pada spesimen Raw, dan

Base sebesar 68,2 BHN pada spesimen Raw. Dari pengamatan struktur mikro

terdapat daerah terang yang merupakan fasa Al dan daerah gelap yang merupakan

fasa Al2Cu.

Kata kunci: Friction Stir Welding, Aluminium Alloy 2024, Heat Treatment,

Annealing, Normalizing.

ix

ABSTRACT

In this research, to determine the effect of heat treatment by annealing and

normalizing on the result of friction stir welding (FSW) method of aluminium alloy

2024 to physical and mechanical properties.The process of joining aluminium metal

research can be done through the Friction Stir Welding (FSW) method which is

welding utilizing the friction that occurs between the tool and the workpiece to be

joined. One of the factors that influences the physical and mechanical properties of

welding results is the process of heat treatment by annealing and normalizing.

Material that used to friction stir welding (FSW) is plate of aluminium alloy

2024 with the dimension is 150 × 50 × 30 mm was carried out with a tool rotation of

1500 rpm and feed rate of 60 mm / minute. The results of friction stir welding gave to

heat treatment by annealing and normalizing to knew the physical and mechanical

properties to joining of Aluminium Alloy 2024.

From the results of Tensile Testing, the maximum tensile stress was found in

Normalizing specimens which were equal to 220.45 MPa and the maximum strain

obtained by Raw specimens was 11.21 MPa. From the results of the Brinell

hardness test, the highest yield for each part of the weld included the Nugget area of

65.6 BHN in Normalizing, HAZ specimens of 58 BHN in Raw, and Base specimens

of 68.2 BHN in Raw specimens. From the observation of the micro structure, there is

a bright area which is the Al phase and the dark area which is the Al2Cu phase.

Keywords: Friction Stir Welding, Aluminium Alloy 2024, Heat Treatment,

Annealing, Normalizing.

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ....................................................................................................... i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ..................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................................... .iii

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................... iv

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .............................................................................. v

LEMBAR MOTTO ......................................................................................................... vi

LEMBAR PERSEMBAHAN ....................................................................................... vii

ABSTRAK ....................................................................................................................... viii

ABSTRACT .................................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR .................................................................................................... x

DAFTAR ISI .................................................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... xiv

DAFTAR TABEL ........................................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang ...................................................................................... 1 1.2. Perumusan Masalah ........................................................................... 3 1.3. Batasan Masalah .................................................................................. 3 1.4. Tujuan Penelitian .................................................................................. 4 1.5. Manfaat Penelitian ............................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI ..................................................................................... 5

2.1. Tinjauan Pustaka …………………………………………………5

2.2. Aluminium dan Karakteristiknya ...................................................... 7

2.3. Friction Stir Welding .............................................................. 13

2.3.1. Prinsip Kerja Friction Stir Welding .................................... 14

2.3.2. Pembagian Zona Pada Friction Stir Welding ................. 16

2.3.3. Parameter pengelasan FSW .............................................. 18

xi

2.4. Heat Treatment ........................................................................ 22

. 2.4.1. Pengertian Heat Treatment............................................. 22

2.4.2. Jenis-jenis proses Heat Treatment................................. 23

2.5. Pengujian.................................................................................. 27

2.5.1. Pengujian Tarik............................................................... 27

2.5.2. Pengujian Kekerasan…………….………………….......... 31 2.5.3. Foto Struktur Mikro ......................................................... 35

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 39

3.1. Diagram Alir Penelitian........................................................... 39

3.2. Bahan Penelitian.................................................................... 40

3.3. Alat-alat Penelitian................................................................. 40

3.4. Proses Penelitian……………………………………………….. 47

3.4.1. Proses Pengelasan FSW…………………………….…. 47

3.4.2. Proses Heat Treatment................................................ 49

3.4.3. Proses Uji Tarik……….................................................. 51

3.4.4. Proses Uji Kekerasan………….................................... 53

3.4.5. Proses Uji Metalografi……………………………………. 55

BAB IV DATA HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................... 58

4.1. Analisa Hasil Pengelasan FSW.............................................. 58

4.2. Hasil Pengujian Tarik…………………………………………… 60

4.3. Hasil Pengujian Kekerasan…………………………………….. 65

4.4. Hasil Foto Struktur Mikro……………………………………….. 68

xii

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……………………………………… 76

5.1. Kesimpulan…………………………………………………………… 76

5.2. Saran………………………………………………………................ 77 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR GAMBAR

xiv

Gambar 2.1. Persentase distribusi Aluminium di seluruh dunia tahun 1988…... 8

Gambar 2.2. Konsep dasar Friction Stir Welding…………………………………. 15

Gambar 2.3. Proses Friction Stir Welding…………………………………………. 15

Gambar 2.4. Heat Zone pada Friction Stir Welding……………………………… 17

Gambar 2.5. Profil bentuk pin FSW…………………………………………........... 19

Gambar 2.6. Bentuk-bentuk shoulder FSW…………………………………......... 19

Gambar 2.7. Hubungan putaran tool dan temperature………………………....... 20

Gambar 2.8. Skema tool FSW.……………………………………………………… 21

Gambar 2.9. Tipe penyambungan pada pengelasan FSW…………………….… 22

Gambar 2.10. Diagram Fasa Al-Cu………………………...................................... 25

Gambar 2.11. Perbedaan panjang benda setelah diberi beban…………………. 28

Gambar 2.12. Kurva tegangan-regangan baja karbon…………………………….. 28

Gambar 2.13. Kurva tegangan-regangan aluminium…………..………………….. 30

Gambar 2.14. Identasi Brinell………………………………………………………… 33

Gambar 2.15. Identasi Vickers……………………………………………………….. 34

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian………………………………………………... 39

Gambar 3.2. Plat Aluminium Alloy 2024…………………………………………… 40

Gambar 3.3. Tool yang digunakan Friction Stir Welding……………………...…. 41

Gambar 3.4. Mesin milling merk Acirea AS-1………….………………………….. 41

Gambar 3.5. Backing plate………………………………………………………….. 42

Gambar 3.6. Furnace………………………………………………………………… 42

Gambar 3.7. Alat uji tarik……………………………………………………............. 43

xv

Gambar 3.8 Alat uji kekerasan……………………………………………………... 43

Gambar 3.9 Alat uji foto struktur mikro……………………………………………. 44

Gambar 3.10 Grinding and polishing machine…………...………………………... 44

Gambar 3.11 Metallographic cutting machine……………………………………... 45

Gambar 3.12 Jangka sorong………………………………………………………… 45

Gambar 3.13 Amplas…………………………………………………………………. 46

Gambar 3.14 Gergaji…………………………………………………………………. 46

Gambar 3.15 Kikir…………………………………………………………………….. 47

Gambar 3.16 Susunan letak saat proses Friction Stir Welding………………….. 48

Gambar 3.17 Spesimen setelah dibentuk sesuai standar ASTM E8……………. 52

Gambar 3.18 Spesimen uji metalografi…………………………………………….. 55

Gambar 4.1 Sambungan setelah diproses FSW…………………………………. 58

Gambar 4.2 Exit Hole pada pengelasan FSW……………………………………. 59

Gambar 4.3 Histogram tegangan terhadap tiap perlakuan……………………... 61

Gambar 4.4 Histogram regangan terhadap tiap perlakuan……………………... 62

Gambar 4.5 Patahan spesimen tanpa perlakuan panas (Raw)……………….. 64

Gambar 4.6 Patahan spesimen normalizing……………………………………… 64

Gambar 4.7 Patahan spesimen annealing………………………………………... 65

Gambar 4.8 Histogram nilai kekerasan terhadap tiap zona las………………… 67

Gambar 4.9 Foto struktur mikro zona Base Metal (a) Raw, (b) Normalizing,

(c) Annealing (Pembesaran 200x)………………………………….. 70

xvi

Gambar 4.10 Foto struktur mikro zona HAZ (a) Raw, (b) Normalizing,

(c) Annealing (Pembesaran 200x)………………………………….. 72

Gambar 4.11 Foto struktur mikro zona Weld Nugget (a) Raw, (b) Normalizing,

(c) Annealing (Pembesaran 200x)………………………………….. 74

DAFTAR TABEL

xvii

Tabel 2.1 Komposisi kimia paduan aluminium…………………..................... 13

Tabel 2.2 Temperature Annealing Aluminium…………………….................. 24

Tabel 4.1 Nilai tegangan hasil uji tarik…………………………………………. 60

Tabel 4.2 Nilai regangan hasil uji tarik…………………………………………. 62

Tabel 4.3 Hasil pengujian kekerasan Brinell………………………………….. 66