Metalurgi Las Heat Affected Zone HAZ

32 Gambar 2.37 Jenis Alur Sambungan Las Sumber: Harsono Wiryosumarto, 2000

2.4. Metalurgi Las

Pengelasan adalah proses penyambungan dengan menggunakan energy panas, karena proses ini maka logam disekitar lasan mengalami siklus termal cepat yang menyebabkan terjadinya perubahan – perubahan metalurgi yang rumit, deformasi dan tegangan – tegangan termal. Hal ini sangat erat hubunganya dengan ketangguhan, cacat las, retak dan lain sebagainya yang umumnya mempunyai pengaruh yang fatal terhadap keamanan dan konstruksi las, Logam akan mengalami pengaruh pemanasan akibat pengelasan dan mengalami perubahan struktur mikro disekitar daerah lasan. Bentuk struktur mikro bergantung pada temperatur tertinggi yang dicapai pada pengelasan, kecepatan pengelasan dan laju pendinginan daerah lasan. Daerah logam yang mengalami perubahan struktur mikro Universitas Sumatera Utara 33 akibat mengalami pemanasan karena pengelasan disebut daerah pengaruh panas DPP, atau Heat Affected Zone. Harsono W , menjelaskan daerah lasan terdiri dari tiga bagian: 1. Logam las adalah bagian dari logam yang pada waktu pengelasan mencair kemudian membeku. 2. Fusion Line, garis penggabungan atau garis batas cair antara logam las dan logam Induk 3. Daerah pengaruh panas disebut HAZ Heat Affected Zone, adalah logam dasar yang bersebelahan dengan logam las selama pengelasan mengalami pemanasan dan pendinginan yang cepat Pembagian daerah lasan dapat dilihat pada gambar 2.8. Gambar 2.38 Pembagian Daerah Las 2.5. Pengaruh Panas Pengelasan Panas pengelasan pada paduan aluminium akan menyebabkan terjadinya pencairan sebagian, rekristalisasi, peralutan padat atau pengendapan, tergantung pada tingginya suhu pada daerah las. Karena perubahan struktur ini biasanya terjadi penurunan kekuatan dan ketahanan korosi dan kadang-kadang daerah las menjadi getas, Struktur mikro daerah HAZ dari paduan yang dapat diperlaku-panaskan ditunjukkan pada gambar 2.41. Universitas Sumatera Utara 34 Gambar 2.39 Struktur Mikro Daerah Las dari Paduan Aluminium Wiryosumarto, 2004 Pada paduan yang dapat dikeras-endapkan, akan terjadi butir-butir endapan yang kasar sehingga pada daerah ini terjadi penurunan kekuatan dan ketahanan korosi yang paling besar. Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa makin besar masukan panas makin besar pula penurunan sifat-sifat yang baik.

2.6. Aluminium

2.6.1. Sejarah Aluminium

Orang pertama yang telah berhasil memisahkan aluminium adalah H.Davy yaitu pada tahun 1808. Pada tahun 1825 Oersted dapat menghasilkan aluminium yang lebih murni dengan jalan memanaskan natrium amalgama dan natrium aluminium klorida. Pada tahun 1854, Henari Saint Clavil Deauville memproduksi aluminium dari natrium aluminium klorida dengan pemanasan menggunakan logam natrium sebagai katalisator. Proses ini telah berlangsung kurang lebih 35 tahun. Pada tahun 1886 Charles Hall dari USA menghasilkan aluminium dari proses elektrolisa alumina yang dipisahkan dari campuran kriolit Na3AlF6. Pada tahun yang sama Poult Heroult dari prancis mendapatkan hak paten dari negaranya untuk proses yang sama dengan Hall. Pada tahun 1983 kapasitas produksi aluminium dengan metode Hall-Heroult ini meningkat dan berkembang pesat.Grjotheim , 1988. Aluminium ialah unsur melimpah ketiga terbanyak dalam kerak bumi sesudah oksigen dan silicon, mencapai 8,2 dari massa total. Bijih yang paling penting untuk produksi aluminium ialah bauksit, yaitu aluminium oksida terhidrasi yang mengandung 50 sampai 60 Universitas Sumatera Utara 35 Al2O3, 1 sampai 20 Fe2O3, 1 sampai 10 silikat sedikit sekali titanium, zirconium, vanadium, dan oksida logam transisi yang lain, dan sisanya 20 sampai 30 adalah air. Bauksit dimurnikan melalui proses Bayer, yang mengambil manfaat dari fakta bahwa oksida alumina amfoter larut dalam basa kuat tetapi besi III oksida tidak. Bauksit mentah dilarutkan dalam natrium hidroksida Al2O3 s + 2 OH aq + 3 H2O l 2 AlOH4 aq dan dipisahkan dari besi oksida terhidrasi serta zat asing tak larut lainnya dengan penyaringan Oxtoby, 2003.

2.6.2 Sifat – Sifat dan Pemakaian Aluminium

Titik cair aluminium 6600C dan titik didihnya 18000C. Untuk bahan penghantar kemurniannya mencapai 99,5 dan sisanya terdiri dari unsur besi, silicon dan tembaga. Aluminium murni sangat lemah dan lunak tembaga lebih kuat dibanding aluminium, Untuk menambah kekuatan biasanya digunakan dengan menggunakan logam campuran. Aluminium lebih menguntungkan dibanding tembaga bila digunakan untuk hantaran yang tidak memerlukan penyekat misalnya hantaran transmisi diatas tanah sebab daya hantar panasdaya hantar listrknya kira-kira 60 daya hantar listrik tembaga sehingga untuk mendapatkan tahanan yang sama dengan tembaga yang panjang dan penampangnya sama dibutuhkan penampang 60 lebih besar namun demikian beratnya sangat ringan dibanding tembaga. Aluminium adalah logam yang sangat ringan berat jenis aluminium 2,56 atau 13 berat jenis tembaga dan tahanan jenis 2 X 10-8 atau 1,25 kali tahanan jenis tembaga, sifat tahan tarik aluminium dalam keadaan dingin 17-20 kg mm2. Oleh sebab itu aluminium hanya dapat dipakai untuk lebar tegangan yang pendek, Untuk tegangan yang panjang dipakai kabel aluminium beberapa kawat yang dipilih dengan kawat baja sebagai intinya. Aluminium tidak baik untuk dipatri, tetapi dapat dilas, las dapat menyebabkan tegangan tariknya menjadi turun karena panas yang ditimbulkan. Oleh karena itu hantaran tegangan aluminium dengan sambungan patri atau las harus diberikan jepitan. Aluminium yang tipis sekarang dapat menggantikan kertas perak yang dipakai antara lain pada kondensor. Aluminium juga biasanya dipakai untuk chasis pesawat radio. Barang- Universitas Sumatera Utara 36 barang aluminium dapat terlapis oleh oksida aluminium. Dalam udara terbuka dapat melindungi bagian bawah aluminium dari zat asam dan mencegah oksidasi lebih lanjut. Lapisan ini merupakan tahanan yang sangat tinggi Sumanto, 1994 Aluminium adalah logam yang ringan dengan berat jenis 2.7 gramcm3 setelah Magnesium 1.7 gramcm3 dan Berilium1.85 gramcm3 atau sekitar 13 dari berat jenis besi maupun tembaga. Konduktifitas listriknya 60 lebih dari tembaga sehingga juga digunakan untuk peralatan listrik. Selain itu juga memiliki sifat penghantar panas, memiliki sifat pantul sinar yang baik sehingga digunakan pula pada komponen mesin, alat penukar panas, cermin pantul, komponen industri kimia dll. Aluminium merupakan logam yang reaktif sehingga mudah teroksidasi dengan oksigen membentuk lapisan aluminium oksida, alumina Al2O3 dan membuatnya tahan korosi yang baik. Namun bila kadar Fe, Cu dan Ni ditambahkan akan menurunkan sifat tahan korosi karena kadar aluminanya menurun. Penambahkan Mg, Mn tidak mempengaruhi sifat tahan korosinya. Aluminium bersifat ulet, mudah dimesin dan dibentuk dengan kekuatan tarik untuk aluminium murni sekitar 4~5 kgfmm2. Bila diproses penguatan regangan seperti dirol dingin kekuatan bisa mencapai ± 15 kgfmm2. Tabel 2.4 Sifat-sifat Aluminium Murni Tinggi Sifat-sifat Alumunium murni tinggi Struktur Kristal FCC Desitas pada 20ºC 2.698sat.10³kgm³ Titik cair 660.1ºC Koefisien mulur panas kawat 20º~ 100ºC 23.910 ˉ 6 K Konduktifitas panas 20 º ~ 400ºC 23.8Wm·k Tahanan listrik 20ºC 2.6910 ˉ 8 KΩ·m Modulus elastisitas 70.5GPa Modulus kekakuan 26.0GPa Tabel 2.5 Macam-macam Aluminium dan Paduannya serta Kode Penamaan Klasifikasi Aluminium Universitas Sumatera Utara 37 Al paduan untuk dimesin Paduan jenis tidak dapat di perlakukan panas non- heat-treatable Al murni seri 1000 Paduan Al-Mn seri 3000 Paduan Al-Si seri 4000 Paduan Al-Mg seri 5000 Paduan jenis dapat perlakuanpanas heat- treatable Paduan Al-Cu seri 2000 Paduan Al-Mg-Si seri 6000 Paduan Al-Zn seri 7000 Al paduan untuk coran Non-heat-treatable alloy Paduan Al-Si Silumin Paduan Al-Mg hydronarium Heat-treatable alloy Paduan Al-Cu Lautal Paduan Al-Si-Mg Silumin, Lo-ex Beberapa macam paduan aluminium tempapengerjaan: 1. Paduan Al-Cu a. Paduan aluminium seri 2000, biasanya terkenal dengan sebutan duraluminium atau super duraluminium. b. Kandungan Si yang lebih banyak pada A2014 dibandingkan A2017 membuat A2014 dapat ditingkatkan kekuatannya dengan melakukan perlakuan panas pendinginan cepat quenching lalu dipanaskan lagi ditemperatur di bawah suhu rekristalisasi dan didinginkan dalam udara tempering. c. Kandungan Cu dan Mg yang rendah pada A2117 membuat lebih tidak keras sehingga digunakan untuk bahan rivet. d. Kandungan Ni yang ditambahkan pada A2018 meningkatkan kekuatan tahan panasnya sehingga digunakan untuk komponen tahan panas dengan daerah panas penggunaan antara 200~250°C. 2. Paduan Al-Mn a. Merupakan paduan aluminum seri 3000. Universitas Sumatera Utara 38 b. Penambahan Mn sekitar 1.2 pada A3003 meningkatkan kekuatan 10 dari pada aluminium murni dengan sifat tahan korosi dan sifat mampu mesin yang sama dengan aluminium murni. c. Digunakan untuk peralatan dapur, panel. 3. Paduan Al-Mg a. Merupakan paduan aluminium seri 5000 b. A5005 yang memiliki Mg yang rendah digunakan untuk aksesoris. c. Sedangkan paduan yang memiliki Mg antara 2 ~ 5 digunakan untuk material konstruksi seperti A5052, A5056, A5083. d. Untuk meningkatkan kekuatan terhadap korosi tegangan stress-corrosion, Mn dan Cr ditambahkan. 4. Paduan Al-Mg-Si a. Merupakan paduan aluminium seri 6000. b. Memiliki sifat tahan korosi dan kekuatan yang tinggi. c. Contoh: A6061 digunakan untuk material konstruksi dan A6063 untuk bingkai arsitektur 5. Paduan Al-Zn-Mg a. Merupakan paduan aluminium seri 7000. b. Contoh: A7075 memiliki kekuatan yang tinggi sehingga banyak digunakan untuk material konstruksi pesawat terbang. Beberapa macam paduan aluminium coran: Dibandingkan dengan aluminium paduan memiliki unsur paduan yang lebih banyak dan memiliki butiran yang lebih kecil yang disebabkan oleh adanya penambahan Ti. 1. Paduan Al-Cu TuangCor. a. Mengandung Cu 4~5 dengan sifat dimesin yang baik namun memiliki sifat cor yang kurang baik. b. Untuk komponen mobil, komponen hidrolis untuk pesawat terbang 2. Paduan Al-Si Tuang a. Mengandung Si 10~13 dan biasa disebut Silumin. b. Digunakan untuk penutup kotak Universitas Sumatera Utara 39 c. Penambahan Si 17 ~25 meningkatkan kekuatan suhu tinggi dengan koefisien mulur panas yang kecil, sehingga digunakan untuk silinder, piston dll. 3. Paduan Al-Cu-Ni-Mg Tuang a. Mengandung Ni 2, Mg 1.5. b. Memiliki kekuatan suhu tinggi yang baik, serta koefisien mulur panas yang kecil sehingga digunakan untuk silinder head, mesin disel, piston dan sejenisnya. Pengkodean aluminium umumnya berdasarkan standar AA Aluminium Association of America dengan menggunakan penamaan 4 angka. Gambar 2.40 Pengkodean Alumunium 1. Huruf pertama A adalah singkatan dari Aluminium 2. Angka ke-2 : menunjukkan jenis paduannya seperti ditunjukkan di tabel berikut: Tabel 2.6 Jenis Paduan Alumunium 1 : Alumunium murni dengan kadar 99 tau lebih 5 : Paduan Al-Mg 6 : Paduan Al-Mg-Si 2 : Paduan Al-Cu-Mg 7 : Paduan Al-Zn-Mg 3 : Paduan Al-Mn 8 : Paduan selain yang disebutkan 4 : Paduan Al-Si 9 : Untuk cadangan penaman 3. Angka ke-3 : menggunakan angka 0 ~ 9. 0 menunjukkan paduan dasar, sedangkan 1 ~ 9 menunjukkan perbaikan dari paduan. 4. Angka ke-4 dan 5 menunjukkan kadar kemurnian aluminium untuk aluminum murni. Contoh : A1100 memiliki unsur paduan total 1 dengan aluminium 99 A1050 memiliki unsure paduan 0.5 dengan aluminium 99.5 5. Angka ke-6 menunjukkan bentuk dari material P : Plate pelat, W: Wire kawat, T: Tube tabung, B: Bar batang 6. Angka ke-7 menunjukkan macam perlakuan panas yang telah dilakukan seperti ditunjukkan di tabel berikut ini: Universitas Sumatera Utara 40 Tabel 2.7 Macam-macam Arti Kode Alumunium Tabel 2.8 Kandungan Unsur Kimia Alumunium Keterangan: Tr.= Treatment sB= kekuatan tarik MPa Universitas Sumatera Utara 41 sy 0.2= tegangan luluh metode offset 0.2 MPa El= perpanjangan=elongation

2.7. Heat Affected Zone HAZ

Logam akan mengalami pengaruh pemanasan akibat pengelasan dan mengalami perubahan struktur mikro disekitar daerah lasan. Bentuk struktur mikro bergantung pada temperatur tertinggi yang dicapai pada pengelasan, kecepatan pengelasan dan laju pendinginan daerah lasan. Daerah logam yang mengalami perubahan struktur mikro akibat mengalami pemanasan karena pengelasan disebut daerah pengaruh panas DPP, atau Heat Affected Zone HAZ. Daerah hasil pengelasan yang akan kita temui bila kita melakukan pengelasan, yaitu : Gambar 2.41 Daerah Pengaruh Panas Keterangan : 1. Logam Las Weld Metal Adalah daerah dimana terjadi pencairan logam dan dengan cepat kemudian membeku. 2. Fusion Line Merupakan daerah perbatasan antara daerah yang mengalami peleburan dan yang tidak melebur. Daerah ini sangat tipis sekali sehingga dinamakan garis gabungan antara weld metal dan H A Z. 3. H A Z Heat Affected Zone Merupakan daerah yang dipengaruhi panas dan juga logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan Universitas Sumatera Utara 42 dan pendinginan cepat, sehingga terjadi perubahan struktur akibat pemanasan tersebut disebabkan daerah yang mengalami pemanasan yang cukup tinggi . 4. Logam Induk Parent Metal Merupakan logam dasar dimana panas dan suhu pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan struktur dan sifat. Daerah HAZ merupakan daerah paling kritis dari sambungan las, karena selain berubah strukturnya juga terjadi perubahan sifat pada daerah ini. Secara umum struktur dan sifat daerah panas efektif dipengaruhi dari lamanya pendinginan dan komposisi dari logam induk itu sendiri. Siklus termal las adalah proses pemanasan dan pendinginan yang terjadi pada daerah lasan. Proses las terjadi proses pemanasan dan juga pendinginan maka dapat dikatakan proses las juga proses heat treatment hanya saja terjadinya lokal, tidak seperti proses heat treatment pada umumnya. Untuk melihat fenomena proses tersebut dapat dilihat pada grafik siklus termal las. Gambar 2.42 Grafik Siklus Thermal Las Pencairan logam saat pengelasan menyebabkan adanya perubahan fasa logam dari padat hingga mencair. Ketika logam cair mulai membeku akibat pendinginan cepat, maka akan terjadi perubahan struktur mikro dalam deposit logam las dan logam dasar yang terkena pengaruh panas Heat affected zoneHAZ. Struktur mikro dalam logam lasan biasanya berbentuk columnar, sedangkan pada daerah HAZ terdapat perubahan yang sangat bervariasi. Sebagai contoh, pengelasan baja karbon tinggi sebelumnya berbentuk pearlite, maka seelah pengelasan struktur mikronya tidak hanya pearlite, 8 tetapi juga terdapat bainite dan martensite . Perubahan ini mengakibatkan perubahan pula sifat-sifat logam dari sebelumnya. Universitas Sumatera Utara 43 Struktur mikro pearlite memiliki sifat liat dan tidak keras, sebaliknya martensite mempunyai sifat keras yang getas. Biasanya keretakan sambungan las berasal dari struktur mikro ini. Gambar dibawah mendeskripsikan distribusi temperatur pada logam dasar yang sangat bervariasi telah menyebabkan berbagai macam perlakuan panas terhadap daerah HAZ logam tersebut. Logam lasan mengalami pemanasan hingga termperatur 1500° C dan daerah HAZ bervariasi mulai 200° C hingga 1100° C lihat Gambar 3. Temperatur 1500° C pada logam lasan menyebabkan pencairan dan ketika membeku membentuk struktur mikro. Temperatur 200° C hingga 1100° C menyebabkan perubahan struktur mikro pada logam dasar baik ukuran maupun bentuknya. Gambar 2.43 Distribusi Temperatur Pada Logam Di dalam proses pengelasan pasti akan kita jumpai sesuatu yang bernama HAZ,hal inilah yang sangat berpengaruh terhadap umur logam pengelasan,Mungkin diantara sahabat ada yang mengerti apa itu HAZ pada proses pengelasan dan ada pula yang belum mengerti,disini saya akan menjelaskan sedikit tentang apa itu HAZ dan proses terjadinya HAZ Heat Affected Zone. HAZ Heat Affected Zone adalah logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus thermal pemanasan dan pendinginan cepat.sedangkan proses terjadinya HAZ Filosofi HAZ sendiri terjadi di logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat sehingga daerah ini yang paling kritis dari sambungan las. Universitas Sumatera Utara 44 Secara visual daerah yang dekat dengan garis lebur las maka susunan struktur logamnya semakin kasar, Pada daerah HAZ terdapat tiga titik yang berbeda, titik 1 dan 2 menunjukkan temperatur pemanasan mencapai daerah berfasa austenit dan ini disebut dengan transformasi menyeluruh yang artinya struktur mikro baja mula-mula ferit+perlit kemudian bertransformasi menjadi austenit 100. Titik 3 menunjukkan temperatur pemanasan, daerah itu mencapai daerah berfasa ferit dan austenit dan ini yang disebut transformasi sebagian yang artinya struktur mikro baja mula-mula ferit+perlit berubah menjadi ferit dan austenit. Gambar 2.44 Perubahan Struktur Fasa Daerah HAZ sekitar kampuh las yang tidak meleleh terkena pemanasan sengit dan ini menyebabkan mikro-struktur baja untuk mengubah. Tingkat perubahan ini tergantung pada komposisi bahan dan kecepatan dimana HAZ dipanaskan. Kecepatan pendinginan juga penting dan itu tergantung pada ketebalan material, dimensi benda kerja, input panas yang dihasilkan oleh proses pengelasan dan metode pendinginan. 1 Weld metal 2 Incomplete 3 Overheated 4 Normalised 5 Incomplete transformation 6 Parent material Universitas Sumatera Utara 45 Gambar 2.45 Heat Affected Zone

2.8. Pengamatan Struktur Mikro