Pengaruh Temperatur Lapisan Intermetalik Terhadap Sifat Fisik Mekanik Pada Sambungan Difusi Logam Tak Sejenis Antara SS400 Dengan Al6061.
PENGARUH TEMPERATUR LAPISAN INTERMETALIK
TERHADAP SIFAT FISIK MEKANIK PADA SAMBUNGAN DIFUSI
LOGAM TAK SEJENIS ANTARA SS400 DENGAN AL6061
TESIS
Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
AGUS HADI HARIYANTO
NIM. S951208002
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
i
PENGARUH TEMPERATUR LAPISAN INTERMETALIK
TERHADAP SIFAT FISIK MEKANIK PADA SAMBUNGAN DIFUSI
LOGAM TAK SEJENIS ANTARA SS400 DENGAN AL6061
TESIS
Disusun oleh:
AGUS HADI HARIYANTO
NIM. S951208002
Pembimbing
Nama
Tanda Tangan
Pembimbing I
Dr. Triyono, S.T., M.T.
NIP. 19740625 199903 1 002
.......................................
Pembimbing II
Dr. Agus Supriyanto, M.Si.
NIP. 19690826 199903 1 001
.......................................
Telah dinyatakan memenuhi syarat
Pada tanggal 21 Desember 2015
Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin
Program Pascasarjana UNS
Dr. Triyono, S.T., M.T.
NIP 19740625 199903 1 002
ii
PENGARUH TEMPERATUR LAPISAN INTERMETALIK
TERHADAP SIFAT FISIK MEKANIK PADA SAMBUNGAN DIFUSI
LOGAM TAK SEJENIS ANTARA SS400 DENGAN AL6061
TESIS
Disusun oleh:
AGUS HADI HARIYANTO
NIM. S951208002
Telah dipertahankan di depan penguji
dan dinyatakan telah memenuhi syarat
pada tanggal 21 Desember 2015
Tim Penguji
Jabatan
Nama
Ketua
Sekretaris
Anggota Penguji
Tanda Tangan
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T.
NIP. 19710103 199702 1 001
.......................................
Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T.
NIP. 19700323 199802 1 001
.......................................
Dr. Triyono, S.T., M.T.
NIP. 19740625 199903 1 002
.......................................
Dr. Agus Supriyanto, M.Si.
NIP. 19690826 199903 1 001
.......................................
Mengetahui
Direktur Program
Ketua Program Studi
Pascasarjana UNS
Magister Teknik Mesin
Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd.
NIP 19600727 198702 1 001
Dr. Triyono, S.T., MT.
NIP 19740625 199903 1 002
iii
Agus Hadi Hariyanto, NIM: S951208002, 2015. PENGARUH TEMPERATUR
LAPISAN INTERMETALIK TERHADAP SIFAT FISIK MEKANIK PADA
SAMBUNGAN DIFUSI LOGAM TAK SEJENIS ANTARA SS400 DENGAN
AL6061. Komisi Pembimbing I: Dr. Triyono, S.T, M.T. Pembimbing II: Dr. Agus
Supriyanto, M.Si. Tesis Program Studi Magister Teknik Mesin. Program Pasca Sarjana.
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Abstrak
Penyambungan logam tak sejenis antara SS400 dengan Al6061 mengalami
kesulitan, karena adanya perbedaan sifat fisik mekanik dan thermal. Penelitian ini
bertujuan untuk mengetahui pengaruh temperatur lapisan intermetalik terhadap sifat
fisik mekanik sambungan difusi logam tak sejenis antara SS400 dengan Al6061.
Proses sambungan difusi menggunakan furnace induksi dengan parameter
variasi temperatur dan komposisi variasi filler. Variasi temperatur yang digunakan
850°C, 875°C, 900°C dengan waktu tahan 1800 detik. Filler yang digunakan serbuk
ferro (Fe) dan copper (Cu), dengan komposisi variasi filler Fe : 70%, 75%, 80% dari
volume tempat filler.
Hasil penelitian menunjukan adanya pembentukan lapisan intermetalik pada
semua temperatur. Hasil Scanning Electron Microscop ( SEM ) daerah interface terjadi
ikatan antara baja dengan aluminium. Ikatan interface akan membentuk lapisan
intermetalik. Lapisan intermetalik yang terbentuk FeAl dan Fe3Al. Hasil distribusi
kekerasan yang paling keras terjadi pada temperatur 900⁰C dengan komposisi variasi
filler ferro 75%. Hasil pengujian geser tarik, nilai tegangan yang tinggi terjadi pada
temperatur 900⁰C dengan komposisi variasi filler ferro 75%.
Kata kunci : Interface, Filler, Lapisan intermetalik, Sambungan difusi, Temperatur,
.
iv
Agus Hadi Hariyanto, NIM: S951208002, 2015.THE TEMPERATURE EFFECT OF
INTERMETALIC LAYER TO PHYSICAL MECHANICS PROPERTIES OF
DISSIMILAR METAL DIFUSSION JOINT BETWEEN CARBON STEEL SS400
AND ALUMINUM Al6061. Principal Advisor: Dr. Triyono, S.T., M.T.Co-advisor:
Dr. Agus Supriyanto, M.Si.Thesis: Graduate Program of Mechanical Engineering
Sebelas Maret University. Surakarta.
Abstract
The joining of dissimilar metal between carbon steel SS400 and Aluminum
Al6061 having difficulties, this is caused by the different of physical mechanics
properties and thermal. The purpose of this research is to find out the temperature
effect of intermetalic layer to mechanical physic properties of dissimilar metal diffusion
joint between carbon steel SS400 and Aluminum Al6061.
The process of diffusion joint is using an induction furnace with the parameter
of temperature and filler composition variations. The temperature variations are used
of 850oC, 875oC and 900oC with detention time of 1800 seconds. Meanwhile, the
variations of filler compotition of 70%, 75% and 80% of volume filler place. And filler
were used are ferro (Fe) and copper (Cu).
The research results was showed the intermetalic layer formation of the all
temperature variations. The test results of SEM (Scanning Electron Microscope), that
the interface areas had been bonding occurs between carbon steel and aluminum. The
layer of intermetlic were formed, among others, FeAl and Fe3Al. The harshest of
hardness distribution occurs at temperature of 900oC within filler compotition
variations of 75% of ferro (Fe). The test result of tensile shear testing, that the high
voltage value its also occurs at temperatures of 900oC within filler compotition
variations of 75% of ferro (Fe).
Keywords: Diffusion welding, filler, interface, intermetalic layer, temperature
v
KATA PENGANTAR
Syukur alhamdulillah, segala puji hanya kepada Allah SWT, atas segala Rohmat
dan Barokah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul “ Pengaruh
Temperatur Lapisan Intermetalik Terhadap Sifat Fisik Mekanik Pada Sambungan Difusi
Logam Tak Sejenis Antara SS400 Dengan Al6061. Tesis ini disusun sebagai salah satu
syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik di Program Studi Magister Teknik
Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dengan terselesaikannya tesis ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih
kepada:
1
Orang tua saya Bapak Edy Muljono dan ibu Sri Hartini yang telah memberikan
banyak dorongan moril dan doanya. Kedua mertua saya Bapak Mukholil dan Ibu
Miftakhur Rohmah yang penuh perhatian kepada keluarga saya.
2
Istriku Sulis Fajriyani, anakku Nurina Amalina Fauziyah dan Khumairo Aghni
Fauziyah yang memberikan semangat untuk maju dan berkembang.
3
Dr. Triyono, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin
dan Pembimbing Utama yang telah memberikan bimbingan dan bantuan dalam
menyelesaikan penulisan tesis ini.
4
Dr. Agus Supriyanto, M.Si., selaku Pembimbing Kedua yang telah memberikan
bimbingan dalam menyelesaikan penulisan tesis ini.
5
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. dan Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T. selaku
dosen penguji.
6
Seluruh
dosen, staff dan kerabat Jurusan Teknik Mesin UNS yang telah
memberikan ilmu, inspirasi dan motivasi selama menjalani proses penelitian.
7
Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu
demi kelancaran penyelesaian penelitian ini.
Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan, oleh karena itu kritik dan
saran sangat diharapkan untuk kesempurnaan penyusunan tesis ini. Semoga tesis ini
dapat menjadi manfaat bagi kita semua.
Surakarta, 21 Desember 2015
Penulis
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………………………………..............................................
i
HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING TESIS...........................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI TESIS....................................................
iii
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS.........................
iv
Abstrak ....................................................................................................................
v
Abstract....................................................................................................................
vi
KATA PENGANTAR.............................................................................................
vii
DAFTAR ISI............................................................................................................
viii
DAFTAR TABEL...................................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR...............................................................................................
xi
PENDAHULUAN.................................................................................
1
1.1 Latar Belakang.......................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah..................................................................................
3
1.3 Tujuan Penelitian....................................................................................
3
1.4 Manfaat Penelitian..................................................................................
3
1.5 Batasan Masalah ………………………………………………………
4
1.6 Sistematika Penulisan …………………………………………………
4
DASAR TEORI …………...................................................................
5
2.1 Tinjauan Pustaka....................................................................................
5
2.2 Dasar Teori Pengelasan Difusi ………………………………………..
14
2.3 Baja Karbon …………………………………………………………...
16
2.3.1 Proses Perlakuan Panas Pada Baja..............................................
17
2.4 Diagram Fasa Fe-Al..……………………………………………….....
19
2.5 Diagram Fasa Al-Cu…………………………………………………...
20
2.6 Aluminum Dan Paduan Aluminium.....................................................
21
2.6.1 Sifat Mampu Las Aluminium…................................................
23
BAB I
BAB 11
BAB III METODE PENELITIAN…................................................................
26
3.1 Tempat Penelitian……..........................................................................
26
3.2 Material dan Alat...................................................................................
26
3.3 Langkah Kerja Penelitian.......................................................................
27
vii
3.4 Diagram Alir Penelitian.........................................................................
34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................
35
4.1 Hasil Penyambungan Difusi Logam Tak Sejenis...................................
35
4.2 Hasil Pengamatan Struktur Makro Daerah Interface.............................
36
4.3 Hasil Pengamatan Struktur Mikro Daerah Interface..............................
40
4.4 Hasil Pengamatan SEM-EDAX Pada Daerah Interface......................... 45
4.5 Pengujian Kekerasan Pada Lapisan Intermetalik...................................
61
4.6 Pengujian Geser Tarik Pada Interface…………....................................
66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN............................................................
68
5.1 Kesimpulan...........................................................................................
68
5.2 Saran.....................................................................................................
68
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
PWHT paduan aluminium dan baja....................................................
8
Tabel 2.2
Data difusi...........................................................................................
15
Tabel 2.3
Klasifikasi baja karbon ……………………………………………...
16
Tabel 2.4
Senyawa intermetalik Fe-Al dan karakteristiknya..............................
20
Tabel 3.1
Komposisi Kimia Baja SS400 dan Al6061........................................
26
ix
x
TERHADAP SIFAT FISIK MEKANIK PADA SAMBUNGAN DIFUSI
LOGAM TAK SEJENIS ANTARA SS400 DENGAN AL6061
TESIS
Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
AGUS HADI HARIYANTO
NIM. S951208002
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
i
PENGARUH TEMPERATUR LAPISAN INTERMETALIK
TERHADAP SIFAT FISIK MEKANIK PADA SAMBUNGAN DIFUSI
LOGAM TAK SEJENIS ANTARA SS400 DENGAN AL6061
TESIS
Disusun oleh:
AGUS HADI HARIYANTO
NIM. S951208002
Pembimbing
Nama
Tanda Tangan
Pembimbing I
Dr. Triyono, S.T., M.T.
NIP. 19740625 199903 1 002
.......................................
Pembimbing II
Dr. Agus Supriyanto, M.Si.
NIP. 19690826 199903 1 001
.......................................
Telah dinyatakan memenuhi syarat
Pada tanggal 21 Desember 2015
Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin
Program Pascasarjana UNS
Dr. Triyono, S.T., M.T.
NIP 19740625 199903 1 002
ii
PENGARUH TEMPERATUR LAPISAN INTERMETALIK
TERHADAP SIFAT FISIK MEKANIK PADA SAMBUNGAN DIFUSI
LOGAM TAK SEJENIS ANTARA SS400 DENGAN AL6061
TESIS
Disusun oleh:
AGUS HADI HARIYANTO
NIM. S951208002
Telah dipertahankan di depan penguji
dan dinyatakan telah memenuhi syarat
pada tanggal 21 Desember 2015
Tim Penguji
Jabatan
Nama
Ketua
Sekretaris
Anggota Penguji
Tanda Tangan
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T.
NIP. 19710103 199702 1 001
.......................................
Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T.
NIP. 19700323 199802 1 001
.......................................
Dr. Triyono, S.T., M.T.
NIP. 19740625 199903 1 002
.......................................
Dr. Agus Supriyanto, M.Si.
NIP. 19690826 199903 1 001
.......................................
Mengetahui
Direktur Program
Ketua Program Studi
Pascasarjana UNS
Magister Teknik Mesin
Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd.
NIP 19600727 198702 1 001
Dr. Triyono, S.T., MT.
NIP 19740625 199903 1 002
iii
Agus Hadi Hariyanto, NIM: S951208002, 2015. PENGARUH TEMPERATUR
LAPISAN INTERMETALIK TERHADAP SIFAT FISIK MEKANIK PADA
SAMBUNGAN DIFUSI LOGAM TAK SEJENIS ANTARA SS400 DENGAN
AL6061. Komisi Pembimbing I: Dr. Triyono, S.T, M.T. Pembimbing II: Dr. Agus
Supriyanto, M.Si. Tesis Program Studi Magister Teknik Mesin. Program Pasca Sarjana.
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Abstrak
Penyambungan logam tak sejenis antara SS400 dengan Al6061 mengalami
kesulitan, karena adanya perbedaan sifat fisik mekanik dan thermal. Penelitian ini
bertujuan untuk mengetahui pengaruh temperatur lapisan intermetalik terhadap sifat
fisik mekanik sambungan difusi logam tak sejenis antara SS400 dengan Al6061.
Proses sambungan difusi menggunakan furnace induksi dengan parameter
variasi temperatur dan komposisi variasi filler. Variasi temperatur yang digunakan
850°C, 875°C, 900°C dengan waktu tahan 1800 detik. Filler yang digunakan serbuk
ferro (Fe) dan copper (Cu), dengan komposisi variasi filler Fe : 70%, 75%, 80% dari
volume tempat filler.
Hasil penelitian menunjukan adanya pembentukan lapisan intermetalik pada
semua temperatur. Hasil Scanning Electron Microscop ( SEM ) daerah interface terjadi
ikatan antara baja dengan aluminium. Ikatan interface akan membentuk lapisan
intermetalik. Lapisan intermetalik yang terbentuk FeAl dan Fe3Al. Hasil distribusi
kekerasan yang paling keras terjadi pada temperatur 900⁰C dengan komposisi variasi
filler ferro 75%. Hasil pengujian geser tarik, nilai tegangan yang tinggi terjadi pada
temperatur 900⁰C dengan komposisi variasi filler ferro 75%.
Kata kunci : Interface, Filler, Lapisan intermetalik, Sambungan difusi, Temperatur,
.
iv
Agus Hadi Hariyanto, NIM: S951208002, 2015.THE TEMPERATURE EFFECT OF
INTERMETALIC LAYER TO PHYSICAL MECHANICS PROPERTIES OF
DISSIMILAR METAL DIFUSSION JOINT BETWEEN CARBON STEEL SS400
AND ALUMINUM Al6061. Principal Advisor: Dr. Triyono, S.T., M.T.Co-advisor:
Dr. Agus Supriyanto, M.Si.Thesis: Graduate Program of Mechanical Engineering
Sebelas Maret University. Surakarta.
Abstract
The joining of dissimilar metal between carbon steel SS400 and Aluminum
Al6061 having difficulties, this is caused by the different of physical mechanics
properties and thermal. The purpose of this research is to find out the temperature
effect of intermetalic layer to mechanical physic properties of dissimilar metal diffusion
joint between carbon steel SS400 and Aluminum Al6061.
The process of diffusion joint is using an induction furnace with the parameter
of temperature and filler composition variations. The temperature variations are used
of 850oC, 875oC and 900oC with detention time of 1800 seconds. Meanwhile, the
variations of filler compotition of 70%, 75% and 80% of volume filler place. And filler
were used are ferro (Fe) and copper (Cu).
The research results was showed the intermetalic layer formation of the all
temperature variations. The test results of SEM (Scanning Electron Microscope), that
the interface areas had been bonding occurs between carbon steel and aluminum. The
layer of intermetlic were formed, among others, FeAl and Fe3Al. The harshest of
hardness distribution occurs at temperature of 900oC within filler compotition
variations of 75% of ferro (Fe). The test result of tensile shear testing, that the high
voltage value its also occurs at temperatures of 900oC within filler compotition
variations of 75% of ferro (Fe).
Keywords: Diffusion welding, filler, interface, intermetalic layer, temperature
v
KATA PENGANTAR
Syukur alhamdulillah, segala puji hanya kepada Allah SWT, atas segala Rohmat
dan Barokah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul “ Pengaruh
Temperatur Lapisan Intermetalik Terhadap Sifat Fisik Mekanik Pada Sambungan Difusi
Logam Tak Sejenis Antara SS400 Dengan Al6061. Tesis ini disusun sebagai salah satu
syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik di Program Studi Magister Teknik
Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dengan terselesaikannya tesis ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih
kepada:
1
Orang tua saya Bapak Edy Muljono dan ibu Sri Hartini yang telah memberikan
banyak dorongan moril dan doanya. Kedua mertua saya Bapak Mukholil dan Ibu
Miftakhur Rohmah yang penuh perhatian kepada keluarga saya.
2
Istriku Sulis Fajriyani, anakku Nurina Amalina Fauziyah dan Khumairo Aghni
Fauziyah yang memberikan semangat untuk maju dan berkembang.
3
Dr. Triyono, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin
dan Pembimbing Utama yang telah memberikan bimbingan dan bantuan dalam
menyelesaikan penulisan tesis ini.
4
Dr. Agus Supriyanto, M.Si., selaku Pembimbing Kedua yang telah memberikan
bimbingan dalam menyelesaikan penulisan tesis ini.
5
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. dan Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T. selaku
dosen penguji.
6
Seluruh
dosen, staff dan kerabat Jurusan Teknik Mesin UNS yang telah
memberikan ilmu, inspirasi dan motivasi selama menjalani proses penelitian.
7
Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu
demi kelancaran penyelesaian penelitian ini.
Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan, oleh karena itu kritik dan
saran sangat diharapkan untuk kesempurnaan penyusunan tesis ini. Semoga tesis ini
dapat menjadi manfaat bagi kita semua.
Surakarta, 21 Desember 2015
Penulis
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………………………………..............................................
i
HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING TESIS...........................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI TESIS....................................................
iii
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS.........................
iv
Abstrak ....................................................................................................................
v
Abstract....................................................................................................................
vi
KATA PENGANTAR.............................................................................................
vii
DAFTAR ISI............................................................................................................
viii
DAFTAR TABEL...................................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR...............................................................................................
xi
PENDAHULUAN.................................................................................
1
1.1 Latar Belakang.......................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah..................................................................................
3
1.3 Tujuan Penelitian....................................................................................
3
1.4 Manfaat Penelitian..................................................................................
3
1.5 Batasan Masalah ………………………………………………………
4
1.6 Sistematika Penulisan …………………………………………………
4
DASAR TEORI …………...................................................................
5
2.1 Tinjauan Pustaka....................................................................................
5
2.2 Dasar Teori Pengelasan Difusi ………………………………………..
14
2.3 Baja Karbon …………………………………………………………...
16
2.3.1 Proses Perlakuan Panas Pada Baja..............................................
17
2.4 Diagram Fasa Fe-Al..……………………………………………….....
19
2.5 Diagram Fasa Al-Cu…………………………………………………...
20
2.6 Aluminum Dan Paduan Aluminium.....................................................
21
2.6.1 Sifat Mampu Las Aluminium…................................................
23
BAB I
BAB 11
BAB III METODE PENELITIAN…................................................................
26
3.1 Tempat Penelitian……..........................................................................
26
3.2 Material dan Alat...................................................................................
26
3.3 Langkah Kerja Penelitian.......................................................................
27
vii
3.4 Diagram Alir Penelitian.........................................................................
34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................
35
4.1 Hasil Penyambungan Difusi Logam Tak Sejenis...................................
35
4.2 Hasil Pengamatan Struktur Makro Daerah Interface.............................
36
4.3 Hasil Pengamatan Struktur Mikro Daerah Interface..............................
40
4.4 Hasil Pengamatan SEM-EDAX Pada Daerah Interface......................... 45
4.5 Pengujian Kekerasan Pada Lapisan Intermetalik...................................
61
4.6 Pengujian Geser Tarik Pada Interface…………....................................
66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN............................................................
68
5.1 Kesimpulan...........................................................................................
68
5.2 Saran.....................................................................................................
68
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
PWHT paduan aluminium dan baja....................................................
8
Tabel 2.2
Data difusi...........................................................................................
15
Tabel 2.3
Klasifikasi baja karbon ……………………………………………...
16
Tabel 2.4
Senyawa intermetalik Fe-Al dan karakteristiknya..............................
20
Tabel 3.1
Komposisi Kimia Baja SS400 dan Al6061........................................
26
ix
x