## Simulasi Efek Penambahan Pressing Komposit Berbasis Aluminium Hasil Proses Accumulative Roll Bonding (ARB) Dengan Metode Elemen Hingga
Agus Pramono a, *, Anne Zulfia b , Sabilah Rosidin a , Fajar Pakhrurrozi a dan Ahmad Al Aqib a
a Departemen Teknik Metalurgi, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
Jl. Jenderal Sudirman Km 3, Kotabumi, Kec. Purwakarta, Kota Cilegon, Banten 42435
b Departemen Teknik Metalurgi, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia Jl. Margonda Raya, Pondok Cina, Kecamatan Beji, Kota Depok, Jawa Barat 16424 *E-mail: agus.pramono@untirta.ac.id

## Abstract
The  technology  of  severe  plastic  deformation  (SPD)  consists  of  several  types  on  processes,  the  most well-known  on  the  processes  are  three  types,  namely;  equal  channel  angular  pressing  (ECAP),  high pressure torsion (HPT) and accumulative roll bonding (ARB). SPD technology was developing rapidly as  metal  and  alloy  processing.  At  present,  the  SPD  has  been  used  for  the  development  of  composite materials. To  produce  high  mechanical  properties  in  SPD requires  a  long  pressure  cycle. To  analyze the  accuracy  of  the  process  variables  the  temperature  simulation,  pressing  and  rolling  pressures  were performed, using the finite element method (FEM). The simulation was done by used of ANSYS 2019 R3 software type. The simulation traces the accuracy of the heating distribution due to thermal stress, pressing and rolling pressures, so that the ideal parameter values in the process are known. Simulation used  ANSYS  software.  The  temperature  used  in  this  simulation  process  is  377 o C  with  a  time  of  2 hours.  While  the  press  pressure  applied  at  344.73  MPa  is  equivalent  to  25  tons  and  the  maximum rolling load capacity of 60 tons is equivalent to 588399 Newton.
Keywords: Severe plastic deformation, Pressing, Rolling, Aluminum and Finite element methods

## Abstrak
Teknologi severe  plastic  deformation (SPD)  terdiri  dari  beberapa  jenis  proses,  proses  yang  paling terkenal  ada  tiga  jenis  yaitu; equal  channel  angular  pressing /ECAP, high  pressure  torsion /HPT  dan accumulative  roll  bonding /ARB.  Teknologi  SPD  berkembang  pesat  sebagai  pemrosesan  logam  dan paduan.  Saat  ini  SPD  telah  digunakan  untuk  pengembangan  material  komposit.  Untuk  menghasilkan sifat  mekanik  yang  tinggi  pada  SPD  diperlukan  siklus  tekanan  yang  panjang. Untuk  menganalisis ketepatan  varibel  proses  maka  dilakukan  simulasi  tempreratur,  tekanan  pressing  dan  rolling, menggunakan finite  element  method (FEM)  atau  disebut  metode  eleem  hingga.  Simulasi  dilakukan dengan  menggunakan  jenis software  ANSYS  2019  R3 .  Simulasi  menelusuri  ketepatan  distribusi pemanasan  akibat  tegangan  thermal,  tekanan  pressing  dan  rolling,  agar  diketahui  batasan  nilai parameter  yang  ideal  pada  proses.  Simulasi  menggunakan  software  ANSYS.  Temperatur  yang digunakan  pada  proses  simulasi  ini  adalah  sebesar  377 o C  dengan  waktu  selama  2  jam.  Sedangkan tekanan  press  diterapkan  344.73  setara  dengan  25  ton  dan  tekanan  rolling  kapasitas  maksimum bebannya sebesar 60 ton setara dengan 588399 Newton.
Kata kunci: Severe plastic deformation, Pressing, Rolling, Aluminum dan Metode elemen hingga

## 1. Pendahuluan
Teknologi severe plastic deformation (SPD) merupakan proses pengerjaan logam di mana strain plastik ultra-besar dimasukkan  ke  dalam  perangkat  untuk  menciptakan  logam  yang  berbutir  ultra-halus  ( ultrafined  grained /UFG), sehingga  sifat  dari  logam  tersebut  akan  meningkat  secara  drastis.  Tujuan  utama  dari  proses  SPD  adalah  untuk menghasilkan  kekuatan  tinggi  dan  bagian  ringan  dengan  mencapai  harmoni  lingkungan.  Teknologi  SPD  terdiri  dari beberapa  jenis  proses,  proses  yang  paling  terkenal  ada  tiga  jenis  yaitu;  saluran  sudut  tekanan ( equal  channel  angular pressing /ECAP),  tekanan  tinggi  torsi  ( high  pressure  torsion /HPT)  dan  akumulatif  gulung  bonding  ( accumulative  roll bonding /ARB)  [1-3]. Teknologi  SPD  berkembang  pesat  sebagai  pemrosesan  logam  dan  paduan.  Saat  ini  SPD,  telah digunakan  untuk  pengembangan  material  komposit.  Untuk  menghasilkan  sifat  mekanik  yang  tinggi  pada  SPD diperlukan  siklus  tekanan  yang  panjang.  Beberapa  penelitian  tentang  SPD  seperti;  yang  dilakukan  oleh  Argentero  [4] dalam penelitiannya, memerlukan 10 siklus kompresi  bergulir untuk  menghasilkan  kekerasan sebesar  113 HV dengan kekuatan  Tarik  >  100  MPa.  Peningkatan  sifat  mekanik  pada  komposit  telah  juga  dilakukan  oleh  Amirkhanlou  [5] menggunakan  metode  baru accumulative  press  bonding (APB),  untuk  menghasilkan  butiran  halus  dengan  kekuatan tarik  180 MPa dari  88 MPa, dibutuhkan 14 siklus. Proses APB dikembangkan berdasarkan prinsip proses accumulatif roll bonding (ARB). Proses APB dapat diterapkan pada material lembaran dan billet dengan dimensi skala relatif besar,
sedangkan  proses  ARB  hanya  dapat  diterapkan  pada  material  lembaran  [6].  Fenomena  ini  tidak  mengubah  siklus panjang untuk menghasilkan kekuatan tinggi oleh UFG. Pengembangan metode terbaru yang  menyempurnakan proses ARB  adalah  dengan  penambahan  efek  tekanan  pressing,  atau  dikenal  dengan repetitive  press  roll  bonding (RPRB). RPRB  adalah  proses  SPD  yang  menggabungkan  gaya  pengepresan  berulang  dengan  gaya  bergulir,  di  mana  prosedur kompresi  dilakukan  secara  terus  menerus  untuk  memenuhi  siklus.  Kompresi  pada  proses  RPRB  memiliki  dua  peran penting dalam pemrosesan bahan komposit; gaya pengepresan pertama memberi efek pada penguat yang tertanam, baik serbuk atau serat ke permukaan pelat sampel, sehingga akan ada ikatan muka antara matriks dan penguat berpasangan, yang  terakhir  dari  gaya  roll/gulungan  yang  memberikan  kontak  pada  permukaan,  yang  akan  menghasilkan  distribusi penguat  yang  tersebar  ke  bidang  kontak  komposit.  Dalam  penerapan  aplikasi  di  industri,  ikatan  pada  material  akan mengubah  namanya  menjadi  pembentukan  karena  jika  telah  diterapkan  untuk  aplikasi  komponen  tertentu  maka  fase ikatan  akan  menjadi  berulang  tekan  roll  menjadi repetitive  press  roll  forming (RPRF)  [7-8].  Pada  saat  ini  beberapa parameter  dan  variable  penggunaan  SPD  baik  press  maupun  roll,  belum  diketahui  berapa  variable  ideal  pada  proses pengerjaan, seperti jurnal yang ditulis oleh: Tsuji, N [9] Temperatur operasional yang ideal yang digunakan pada proses SPD  terkait  metode  ARB  adalah  penggunaan  temperatur  dinamik  rekristaslisasi,  namun  pada  jurnal  tersebut  tidak disebutkan  nilai  besaran  temperatur  yang  digunakan.  Untuk  itu  dengan  menggunakan  metode  elemen  hingga , maka diketahui  berapa  nilai  temperatur  yang  ideal  untuk  menghasilkan  sampel  produk  hasil  ARB  tanpa  cacat  sehingga menghasilkan sifat  mekanik  yang tinggi. Eksperimen penelitian ini merupakan penerapan  metode eleme  hingga, yang bertujuan  untuk  mengetahui  batasan  temperatur  yang  diaplikasikan  untuk  produk  komposit  berbasis  aluminium  hasil proses  ARB  dengan  penembahan  tegangan  operasional.  Metode  elemen  hingga/ finifte  element  methods (FEM)  untuk menelusuri  daerah  distribusi  panas  yang  diterima  oleh  sampel  sehingga  bisa  ditentukan  pada  daerah  mana  panas diterima oleh sampel komposit berbasis aluminium.

## 2. Material dan metode penelitian
Penelitian  ini  menggunakan  bahan  aluminium  seri  AA5052  sebagai  matriks  dan  Al 2 O 3 /SiC  sebagai  penguat. Pertama  kali  yang  dilakukan  adalah  pemanasan  awal,  material  AA5052  dikenai  pemanasan  jenis  anil,  menggunakan 377 O C  selama  1  jam,  sedangkan  Al 2 O 3 /SiC  dipanaskan  menggunakan  temperatur  350 O C  ditahan  selama  15  menit. Lembar  aluminium  anil  berukuran  15  x  3  cm,  dengan  ketebalan  2  mm  digunakan  untuk  percobaan.  Permukaan  pelat aluminium  dibersihkan  dengan  sikat  baja,  diikuti  pembersihan  permukaan  yang  bersentuhan. Al 2 O 3 /SiC  dipersiapkan untuk  ditaburkan  diantara  permukaan  pelat  aluminum.  Strip  dengan  ketebalan  sekitar  1  mm  dipotong  kemudian ditempatkan sejajar dengan arah putaran pada permukaan yang disikat dan dibersihkan. Prosentase penguat dalam setiap sampel adalah 0,4% untuk Al 2 O 3 dan SiC fraksi berat. Untuk mempelajari peran penyelarasan, sampel komposit dengan Al 2 O 3 /SiC  disejajarkan  secara  acak  sebagai  penguat.  Sebagai  referensi,  bahan  AA5052  dilakukan  tanpa  penguatan. Bahan-bahan  ini  ditetapkan  sebagai  pembanding  antara  bahan  dengan  dan  tanpa  penguat.  Tahap  awal  adalah  proses penekanan pelat menggunakan mesin kompresi 25 ton hingga diameter berkurang menjadi 25%. Proses ARB dilakukan tanpa pelumasan, menggunakan laboratorium skala lab dengan diameter gulungan 18 cm dan panjang gulungan 20 cm. Proses roll bonding dilakukan dengan reduksi pengurangan 50% di setiap siklus.
Setelah  tahapan  preparasi,  spesimen  dilakukan  proses  awal  yaitu  press  roll  dengan  tujuan  untuk  membenamkan partikel penguat sebelum proses selanjutnya (ARB), spesimen dilakukan pre-heating dengan temperatur 350 o C selama 15 menit, spesimen dilakukan proses pressing dengan 25% reduksi ketebalan dan didinginkan dengan media pendingin air.  Sebelum  dilakukan  proses  rolling,  spesimen  dilakukan pre-heating kembali  dengan  temperatur  350 o C  selama  15 menit. Spesimen dilakukan proses rolling dengan 33,3% reduksi ketebalan dan didinginkan dengan media pendingin air.
Gambar 1 . Proses pembuatan komposit Aluminum berpenguat Al 2 O 3 /SiC hasil press roll forming
Untuk menganalisis ketepatan varibel proses maka dilakukan  simulasi  tempreratur menggunakan metode elemen hingga/ finite element methods (FEM). Simulasi yang dilakukan menggunakan material AA5052 dengan penguat berupa Al 2 O 3 .  Simulasi  pemanasan  dilakukan  dengan  menggunakan  software ANSYS  2019  R3 dengan  metode transient thermal . Metode transient thermal digunakan pada simulasi ini karena temperatur mempengaruhi sifat aluminium saat
dilakukan  proses  penekanan  maupun  pengerolan  pada  pressing  maupun  ARB.  Simulasi  pemanasan  dilakukan  untuk mengetahui  distribusi  temperatur  pada  saat  pemanasan  berlangsung.  Geometri  dibuat  menggunakan design  modeler yang ada pada software ANSYS dengan geometri yang digunakan berupa dua buah pelat yang ditumpuk dengan dimensi masing-masing  pelat  yaitu  150  x  30  x  2  mm.  Adapun  diantara tumpukan  pelat  tersebut  terdapat  serbuk  penguat  yang pada simulasi ini diasumsikan bahwa serbuk tersebut terdistribusi merata pada pelat dengan dimensi serbuk yaitu 150 x 30  x  0,1  mm.  Kemudian,  dilakukan  permodelan  pada software  ANSYS untuk  mengetahui  distribusi  temperatur  pada proses yang berlangsung. Hasil dari simulasi pemanasan ini berupa temperatur dan heat flux . Temperatur menunjukkan distribusi yang berlangsung dan heat flux menunjukkan gradien temperatur pada proses pemanasan. Proses simulasi ini dilakukan pada temperatur 350 o C selama 15 menit dengan menggunakan data material pada Tabel 1.
Tabel 1 . Data Material Simulasi Pemanasan
Properties Materials Al 5052 Al 2 O 3 Density (Kg/m -3 ) 2670 3840 Melting Temperature ( o C) 645 2000 Isotropic Thermal Conductivity (W/m.K) 140 30 Specific Heat (J/Kg.K) 883 678
Simulasi  penekanan  menggunakan software  ANSYS  2019  R3 dengan  metode static  structural .  Metode static structural digunakan karena proses penekanan pada sampel dilakukan secara konstan tanpa adanya perubahan tekanan yang  diberikan.  Simulasi  penekanan  merupakan  proses  simulasi  yang  dilakukan  setelah  simulasi  pemanasan  dimana temperatur  yang  dihasilkan  pada  proses  simulasi  pemanasan  akan  dijadikan initial  value (nilai  awal)  pada  temperatur yang  digunakan  pada  proses  simulasi  penekanan  ini.  Geometri  yang  digunakan  yaitu  dua  buah  pelat  dengan  masing- masing  memiliki  dimensi  150  x  30  x  2  mm  dan  sebuah  serbuk  penguat  yang  pada  simulasi  ini  diasumsikan  bahwa serbuk  tersebut  terdistribusi  merata  pada  pelat  dengan  dimensi  serbuk  yaitu  150  x  30  x  0,1  mm.  Pelat  disusun  secara bertumpuk  dengan  adanya  serbuk  penguat  diantara  tumpukan  pelat.  Geometri  dibuat  dengan  menggunakan design modeler yang terdapat di dalam software ANSYS , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2a.
Tabel 2 . Data Material Simulasi Pressing dan Rolling Properties Materials Al 5052 Al 2 O 3 Density (Kg/m -3 ) 2670 3840 Melting Temperature ( o C) 645 2000 Coefficient of Thermal Expansion (/ o C) 2.31 x 10 -5 7.5 x 10 -6 Isotropic Elasticity Young’s Modulus (MPa) 71800 3.66 x 10 5 Poisson’s Ratio 0.33 0.25 Billinear Isotropic Hardening Yield Strength (MPa) 78.8 - Tangent Modulus (MPa) 492.5 - Tensile Yield Strength (MPa) 78.8 - Tensile Ultimate Strength (MPa) 87.55 603 Compressive Yield Strength (MPa) - 6030
Setelah  geometri  dibuat,  dilakukan  permodelan  pada software  ANSYS .  Simulasi  penekanan  menghasilkan output berupa normal  stress,  equivalent  total  strain ,  dan equivalent  stress .  Simulasi  penekanan  digunakan  untuk  mengetahui distribusi  tegangan  yang  dihasilkan  sebelum  proses  ARB  dilakukan.  Selain  distribusi  tegangan,  simulasi  ini  dapat dilakukan  untuk  mengetahui  tegangan  sisa  hasil  penekanan  yang  dilakukan.  Adapun  parameter  yang  digunakan  pada proses penekanan ini berupa pressure dengan nilai 344.73 MPa dengan data material dapat dilihat pada Tabel 2. Metode elemen hingga menggunakan software jenis ANSYS 2019 R3 dengan metode static structural . Metode static structural digunakan  karena  pembebanan  pada  proses  rol  dilakukan  secara  konstan  tanpa  adanya  perubahan  pembebanan  yang diberikan. Selanjutnya simulasi  pengerolan  menggunakan initial  temperatur untuk geometri  yang digunakan dari hasil simulasi pemanasan. Geometri yang digunakan pada proses simulasi ini adalah berupa pelat dengan dimensi 150 x 30 x 4 mm serta sebuah mesin roll dengan diameter 180 mm dengan data material yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 2.  Geometri  dibuat  dengan  menggunakan design  modeler yang  terdapat  di  dalam software  ANSYS ,  dapat  dilihat  pada Gambar  2b.  Simulasi  pengerolan  digunakan  untuk  mengetahui  distribusi  tegangan  yang  dihasilkan  pada  proses  ARB, sehingga  dapat  diketahui  bagaimana  proses  reduksi  ukuran  terjadi.  Selain  distribusi  tegangan,  simulasi  ini  dapat dilakukan untuk mengetahui tegangan sisa hasil pengerolan yang dilakukan.
Gambar 2 . Geometri Simulasi, a) Pemanasan dan Penekanan, b) Rolling

## 3. Hasil dan Pembahasan
Simulasi  menelusuri ketepatan  distribusi pemanasan akibat tegangan thermal, tekanan  dan rolling, agar diketahui batasan  nilai  parameter  yang  ideal  pada  proses.  Simulasi  menggunakan software  ANSYS .  Pada  simulasi  ini menggunakan  geometri  pelat  aluminium  berukuran  150  x  2  mm  untuk  satu  pelat  yang  kemudian  ditumpuk  dengan diberikan  penguat  jenis  alumina  (Al 2 O 3 /SiC)  dengan  asumsi  memiliki  dimensi  150  x  0,1  mm.  Sehingga  dimensi  total dari geometri yang digunakan pada proses simulasi thermal ini adalah 150 x 4, 2 mm. Temperatur yang digunakan pada proses simulasi ini adalah sebesar 350 o C dengan waktu selama 15 menit. Sedangkan tekanan diterapkan sebesar 344,73 MPa (25 ton) dan beban rolling berkapasitas sebesar 60 ton (588399 Newton).

## 3.1 Analisis Tegangan Thermal
Proses  simulasi  yang  dilakukan  merupakan  sebuah  proses  pemanasan  menggunakan furnace yang  menghasilkan gelombang  elektromagnetik  sehingga  dipilih  radiasi  sebagai  metode  transfer  panas  yang  digunakan  dengan  parameter emissivity aluminium  adalah  0.49  dengan  asumsi  panas  furnace  konstan  [10].  Kemudian  diberikan  panas  konveksi dengan film  coefficient sebesar 0.00003  W/mm 2 . o C. Proses  simulasi  distribusi  tegangan  thermal  yang  dilakukan menghasilkan sebuah citra dari simulasi yang dilakukan berupa citra distribusi temperatur dan heat flux serta didapatkan sebuah grafik  pengaruh waktu  pemanasan terhadap temperatur maksimal  dan heat  flux  minimal. Heat  flux merupakan tingkat  perpindahan  panas  per  satuan  waktu,  yang  mana  semakin  kecil  nilai  heat  flux  maka  semakin  bagus  proses pemanasan  yang  dilakukan. Simulasi  menggunaan  material  AA5052  sebagai  pelatnya.  Hasil  disajikan  pada  gambar  3 dibawah ini:
(a)
(b)
Gambar 3 . Hasil simulasi FEM ANSYS :  a) Temperatur pemanasan AA5052 b) Heat flux hasil simulasi AA5052
(a)
(b)
Pada  Gambar  3a)  dapat  terlihat  adanya  perbedaan  warna.  Perbedaan  warna  tersebut  menandakan  adanya perbedaan  temperatur  pada  geometri  yang  digunakan.  Meskipun  terdapat  perbedaan  warna,  pada  indikator  yang  ada dapat dilihat bahwa temperatur maksimum dan temperatur minimum sama yaitu 349,52 o C. Hal ini menunjukkan bahwa proses  pemanasan  yang  dilakukan  selama  15  menit  dengan  suhu  350 o C  dapat  terdistribusi  merata  ke  setiap  bagian. Sedangkan Gambar  3  b)  menunjukkan heat  flux dari  proses  pemanasan  yang  dilakukan,  terlihat heat  flux terendah sebesar  9,72  x  10-8  W/mm 2 yang  berada  pada  bagian  tengah  bawah  yang  berarti  bagian  tersebut  lebih  dulu  berhenti menerima panas dibandingkan dengan bagian lainnya. Bagian terakhir yang berhenti menerima panas adalah pada pelat atas terutama pada bagian samping kiri dan kanan dengan nilai maksimum heat flux 4,66 x 10-5 W/mm 2 . Pada bagian penguat  terlihat  bahwa heat  flux yang  dihasilkan  adalah heat  flux minimum,  hal  ini  dikarenakan  penguat  yang digunakan adalah keramik sehingga panas yang diterima lebih cepat berhenti dibandingkan pelat yang ada.

## 3.2 Simulasi Tegangan Thermal
Selain  citra  temperatur  dan heat  flux dari  proses simulasi  yang  dilakukan,  simulasi  ini  juga  menghasilkan  grafik yang dapat dilihat pada Gambar 4. Terlihat temperatur pelat mencapai nilai maksimum pada saat waktu proses diantara 625  dan  750  detik,  yaitu  berkisar  700  detik.  Kemudian  kurva heat  flux minimum  yang  dihasilkan  adalah  pertama mengalami  kenaikan  pada  saat  0  detik  sampai  dengan  60  detik,  kemudian heat  flux mengalami  penurunan  seiring dengan  bertambahnya  temperatur  secara  signifikan  sampai  dengan  375  detik  lalu  penurunan heat  flux menjadi  lebih kecil  dan  terus  menurun  hingga  mencapai  900  detik.  Grafik heat  flux yang  semakin  menurun  dan  tidak  mencapai kestabilan menandakan perpindahan panas masih terjadi dan tidak terjadi overheat .
Gambar 4. Grafik Hasil Simulasi Tegangan Thermal AA5052 .
3.3 Analisa Simulasi Tegangan Proses Pressing dan Rolling
Simulasi  distribusi  tegangan  pada  saat pressing dan rolling pada  penelitian  ini  menggunakan  software  metode elemen hingga/ finite elemen method FEM berjenis ANSYS. Pada simulasi press , geometri yang digunakan merupakan pelat  yang  berukuran  150  x  30  x  2  mm  untuk  satu  pelat  yang  kemudian  ditumpuk  dengan  diberikan  penguat  berupa alumina  (Al 2 O 3 /SiC)  yang  diasumsikan  memiliki  dimensi  150  x  30  x  0.1  mm.  Sehingga  dimensi  total  dari  geometri yang  digunakan  pada  proses  simulasi press ini  adalah  150  x  30  x  4.2  mm.  Pada  simulasi  ini  diberikan  tekanan ( pressure )  sebesar  344.73  MPa  searah  dengan  sumbu  Y  negatif.  Proses  simulasi  ini  menghasilkan  citra  tegangan  sisa dari  proses  press  yang  dilakukan  serta  didapatkan  grafik stress  vs  strain pada  saat  proses press berlangsung. Pada simulasi ini digunakan material AA5052 sebagai pelatnya yang didapatkan hasil pada Gambar 5.
Gambar 5. Tegangan press hasil simulasi AA5052.
Pada Gambar 5 dapat dilihat citra hasil simulasi tegangan press AA5052. Tegangan diberikan dari arah sumbu Y negatif  dimana  pada  proses  press  ini  menyebabkan  terjadinya  deformasi  searah  sumbu  Y  negatif.  Citra  tersebut menunjukkan  adanya  perbedaan  tegangan  pada  geometri  yang  digunakan.  Tegangan  yang  dihasilkan  pada  proses simulasi AA5052 memiliki nilai maksimum sebesar 35.5 MPa yang terdapat di bagian samping kiri dan kanan penguat dan  nilai  minimum  sebesar  -2249.4  MPa  yang  terdapat  pada  bagian  tengah  pelat.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  beban yang diberikan telah melebihi tegangan luluh dari pelat sehingga terjadi deformasi plastis pada pelat. Selain itu, dengan adanya tegangan ini dapat membuat penguat terbenam ke dalam pelat sehingga dapat terbentuk ikatan antara pelat dan penguat  menjadi  lebih  kuat.  Penguatan  ini  dapat  terjadi  karena  akan  terbentuk missing  line pada interface yang menunjukkan terjadinya ikatan antara pelat [7].
Gambar 6. Grafik Stress vs Strain Hasil Simulasi Press AA5052
S elain citra tegangan, didapatkan juga hasil berupa  grafik  hasil simulasi  yang dapat dilihat pada Gambar 6. Dari grafik tersebut ditunjukkan adanya penurunan dan kenaikan tegangan seiring dengan meningkatnya regangan. Tegangan terendah yang dihasilkan adalah -36 MPa yang mana tanda negatif berarti tegangan searah dengan sumbu negatif Y, hal ini dapat berarti pada bagian pelat yang memiliki tegangan -36 MPa memiliki regangan yang lebih rendah dibandingkan dengan bagian 35,5 MPa. Seperti yang dapat dilihat pada Gambar 5, tegangan maksimum yang dihasilkan adalah pada penguat. Dengan demikian, penguat mengalami regangan yang tertinggi yaitu mencapai 1,18.
Simulasi  distribusi  tegangan rolling menggunakan pelat yang berukuran 150 x 30 x 4 mm untuk  dua pelat. Pada simulasi  ini  hanya  digunakan  satu  pelat  yang  berukuran  setengah  dari  ukuran  lebar  dan  tebalnya.  Hal  ini  dilakukan karena  pada  simulasi  roll  ini  diberikan  parameter symmetry  region yang  berarti  simulasi  ini  memiliki  geometri  yang sama pada bagian lebar dan tebalnya, sehingga hanya dilakukan simulasi pada setengah bagiannya saja yang bertujuan untuk  mempercepat  proses  kalkulasi  pada  simulasi  yang  dilakukan.  Adapun  batasan-batasan  yang  diberikan  pada simulasi roll ini adalah proses reduksi rolling yang digunakan adalah 50%, rotasi roll sebesar 1 rad/s, dan tegangan roll yang digunakan adalah 60 ton. Hasil dari simulasi ini adalah citra tegangan sisa dari proses rolling serta tegangan yang terjadi  pada  saat  proses  rolling  yang  dilakukan,  kemudian  terdapat  grafik stress vs displacement yang  dihasilkan  dari proses rolling ini, disajikan pada Gambar 7.
Gambar 7. Grafik Stress vs Displacement Hasil Simulasi Rolling AA5052
Pada  grafik  dapat  dilihat  adanya  fenomena  kenaikan  dan  penurunan stress secara  fluktuatif  seiring  dengan bertambahnya displacement .  Secara  keseluruhan, stress mengalami  kenaikan  seiring  dengan  bertambahnya displacement ,  adanya  penurunan  dapat  terjadi  akibat  distribusi  tegangan  pada  pelat  yang  berbeda  antara  permukaan dengan bagian dalam pelat atau pada penguat, dapat dilihat distribusi tegangan proses rolling pada Gambar 8. Tegangan yang  terjadi  pada  proses  rolling  tidak  terdistribusi  secara  merata,  pada  bagian  tengah  pelat  dihasilkan  tegangan  yang lebih  besar  dibandingkan  dengan  bagian  samping  pelat.  Selain  itu,  tegangan  pada  bagian  penguat  menjadi  semakin kecil.  Hal  ini  dikarenakan  adanya  perambatan  tegangan  yang  semakin  kecil  seiring  dengan  bertambahnya  jarak  dari sumber  tegangan.  Adanya  deformasi  plastis  akibat  tegangan  yang  diberikan  menyebabkan  terjadinya  tegangan  sisa. Tegangan sisa yang dihasilkan lebih besar pada bagian tengah juga dapat disebabkan oleh pusat rotasi dari roller yang memiliki  tegangan  lebih  besar  pada  bagian  tengah,  adanya  gesekan  antara  roller  dengan  pelat  juga  mempengaruhi tegangan  yang  dihasilkan.  Tegangan  maksimum  pelat  saat  terkena  roller  lebih  besar  dibandingkan  tegangan  sisa maksimum  yang  dihasilkan  sebesar  539,7  MPa  dan  303,4  MPa  untuk  tegangan  maksimum  saat  terkena  roller  dan tegangan  sisa  maksimum  secara  berturut-turut.  Bagian  penguat  mengalami  tegangan  421,72  MPa  pada  roller  yang menunjukkan adanya pembenaman penguat pada pelat saat proses rolling berlangsung.
Gambar 8 . Tegangan Roll Hasil Simulasi AA5052

## 3.4 Sifat Mekanik Pengujian Tarik
Berdasarkan  data  hasil  pengujian  tarik  pada  Tabel  4  dan  Gambar  9,  pelat  komposit  AA5052,  nilai  kuat  tarik tertinggi  terdapat  pada  komposit  dengan  berpenguat  Al 2 O 3 ,  yaitu  sebesar  140  N/mm 2 ,  diikuti  penguat  SiC  dan hybrid sebesar  132  N/mm 2 ,  dengan  persen  elongasi  masing-masing  sebesar  10%  ;  8%  dan  15%.  Setelah    mengalami  proses ARB,  nilai  elongasi  mengalami  penurunan,  namun  terjadi  peningkatan  nilai  kuat  tarik,  hal  ini  sesuai  dengan  teori dimana semakin banyak logam mengalami penguatan regangan maka elongasi akan menurun yang disebabkan dislokasi yang  meningkat  sehingga  kemampuan  untuk  direduksi  semakin  berkurang  [2].  Dislokasi  yang  meningkat  disebabkan oleh  adanya  mekanisme strain  hardening , dimana  fenomena  ini merupakan  salah  satu  mekanisme  penguatan  yang dihasilkan  dari  proses  ARB  [11].  Mekanisme  ini  terjadi  karena  adanya  deformasi  plastis  pada  saat  dilakukan  proses ARB,  sehingga  mengakibatkan  distrosi  kisi  yang akan  membuat  dislokasi  bergerak  dan  terjadi  penumpukan  dislokasi [12].

## Penguat
Tegangan sisa
Tabel 3. Data Hasil Uji Tarik
No Penguat UTS (N/mm 2 ) Elongation (%) 1 SiC 132 8 2 Al 2 O 3 140 10
3 Hybrid
132 15
Gambar 9. Kurva Tegangan vs Regangan
Selain mekanisme strain hardening , terdapat juga mekanisme penguatan lainnya yang memiliki kontribusi penting pada penguatan komposit, yaitu karena adanya dispersi partikel keramik (Al 2 O 3 dan SiC). Mekanisme ini menjelaskan bahwa penguatan terjadi karena dispersi partikel yang menyebabkan penumpukan dislokasi ( Orowan looping ) disekitar partikel [13] Dispersi partikel merupakan mekanisme penguatan yang efektif, dimana penumpukan dislokasi ini  secara efektif  mengurangi  jarak  partikel  rata-rata  dan  meningkatkan  tegangan  yang  diperlukan  untuk  pergerakan  dislokasi berikutnya  [14]  Kontribusi lain dari partikel untuk mekanisme penguatan juga muncul dari perbedaan dalam sifat dari matriks  dan  partikel.  Karena  partikel  tidak  dapat  terdeformasi  dan  matriks  berubah  bentuk  secara plastis,  akan  terjadi perbedaan  nilai  regangan  yang  dihasilkan  antara  partikel  dan  matriks  [15].  Perbedaan  nilai  regangan  ini  yang menyebabkan pertumbuhan kembali dislokasi secara geometris pada matriks (antarmuka partikel-matriks) [14].

## 3.5 Sifat Mekanik Pengujian Kekerasan
Berdasarkan  Data hasil uji kekerasan pada Tabel 3,  nilai kekerasan tertinggi didapatkan pada  sampel berpenguat Al 2 O 3 yaitu sebesar 45,83 HV, diikuti dengan penguat Hybrid dan SiC sebesar 44.78 HV dan 43.62 HV. Pada Gambar 10  dengan  memplot  grafik  perbandingan  antara  nilai  UTS  dengan  nilai  kekerasan  didapatkan  bahwa  nilai  kekerasan berbanding lurus dengan UTS [16].  Nilai kekerasan yang dihasilkan pada masing-masing variasi, memiliki perbedaan yang tidak terlalu signifikan, hal ini dapat terjadi karena pengaruh dari jumlah siklus pengerollan yang dilakukan.
Tabel 3. Data Hasil Uji Kekerasan No Nilai Kekerasan (HV)
Al 2 O 3 Hybrid SiC 1 47.09 45.62 48.23 2 44.39 44.22 41.3 3 44.22 43.55 32.74 4 45.98 45.26 45.98 5 47.46 45.26 49.83 Rata-rata 45.83 44.78 43.62
Gambar 10. Perbandingan Nilai UTS dan Kekerasan AA5052
Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh [17], bahwa pada siklus pertama pengerolan, penguat belum memiliki pengaruh  yang  signifikan  terhadap  nilai  kekerasan  yang  dihasilkan  dan  masih  terdapat  porositas  antara  matriks  dan penguatnya.  Hal  ini  dibuktikan  dengan  perbandingan  nilai  kekerasan  antara  sampel  aluminium  monolitik  dengan aluminium  komposit.  Pada  siklus  pertama,  sampel  aluminium  monolitik  memiliki  nilai  kekerasan  yang  hampir  sama dengan  sampel  aluminium  komposit.  Kemudian  pada  siklus  ketiga  mulai  terjadi  perbedaan  nilai  kekerasan  yang dihasilkan,  dimana  sampel  aluminium  komposit  memiliki  nilai  kekerasan  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan sampel  aluminium  monolitik.  Artinya  berdasarkan  penjelasan  jurnal  diatas  untuk  meningkatkan  nilai  kekerasan  yang tinggi pada komposit alumunium diperlukan minimum tiga siklus pengerolan. Perbedaan nilai kekerasan akan semakin tinggi seiring dengan meningkatnya siklus pengerolan begitu juga dengan meningkatnya jumlah siklus maka distribusi partikel  penguat  dalam  matriks  akan  semakin  seragam,  sehingga  persentase  porositas  akan  semakin  berkurang  [18], dengan kata lain berkurangnya persentase porositas dapat meningkatkan nilai kekerasan yang dihasilkan [19].
Hal  penting  bahwa  dalam  penelitian  ini  adalah  penguatan  komposit  tidak  hanya  hasil  dari  mekanisme  yang disebutkan  di  atas,  tetapi  juga  dipengaruhi  oleh  peran  partikel  penguat  dalam  hal  ini  SiC,  Al 2 O 3 dan hybrid dalam matriks  alumunium,  keseragaman  partikel  penguat  dalam  matriks,  dan  juga  kondisi  ikatan  antar  alumunium  sendiri dengan partikel penguatnya.

## 3.6 Struktur Mikro
Pengamatan  metalografi  dilakukan  untuk  mengamati  struktur  mikro  berupa interface antara  matriks  AA5052  dengan partikel  penguat.  Pengamatan  metalografi  dilakukan  menggunakan  mikroskop  optik  dengan  perbesaran  100x.  Proses ARB diketahui mampu menghasilkan UFG yang diharapkan dapat merubah karakteristik sifat material yang lebih baik dari sebelumnya [16].
Gambar 11. Hasil Metalografi Komposit AA5052 Setelah Proses ARB Perbesaran 100x (a) Penguat Al 2 O 3 (b) Penguat SiC Missing Line Interface Interface Porosity SiC Al 2 O 3 Gap Interface (a) (b)
Pada hasil pengamatan metalografi  komposit AA5052 dengan perbesaran 100x dapat  dilihat bahwa pada sampel berpenguat Al 2 O 3 (Gambar 11a) mengalami fenomena missing line dengan panjang 50μm sehingga sifat mekanik yang dihasilkan pada komposit berpenguat Al 2 O 3 lebih tinggi daripada komposit dengan penguat SiC (Gambar 11b). Missing line adalah  hilangnya  garis interface yang  menunjukkan  terjadinya  ikatan  antara  plat  yang  disatukan  [16].  Fenomena missing  line ini  menunjukan  bahwa  terjadinya  ikatan  yang  sempurna  akibat  dari  proses rolling sehingga  dapat meningkatkan  kekuatan  material  [20].  Selain  itu,  tingginya  kuat  tarik  komposit  dengan  berpenguat  Al 2 O 3 dibuktikan dengan  pengukuran gap  interface dengan software  imageJ. Pada  sampel  berpenguat  Al 2 O 3 memiiliki gap  interface sebesar 16μm  yang dimana lebih rendah  dibandingkan dengan sampel berpenguat SiC yaitu 36μm, sehingga semakin rendah gap interface maka kuat tarik akan semakin tinggi [6].
Selain  itu  juga  pada  komposit  AA5052  banyak  terbentuk  porositas  diantara  daerah interface pada  penguat  SiC sehingga  menghasilkan  nilai  kuat  tarik  yang  rendah  dibandingkan  dengan  penguat  Al 2 O 3 .  Terbentuknya  porositas  ini biasanya  diakibatkan  beberapa  faktor  diantaranya  distribusi  partikel  penguat  yang  tidak  merata,  beban  yang  diterima sampel  kurang  maksimal  pada  saat  proses  ARB,  preparasi  permukaan  sampel  yang  kurang  bersih,  kecepatan rolling yang terlalu cepat, serta ukuran partikel SiC yang masih terlalu besar [21].

## 4. Kesimpulan
Hasil  simulasi  dapat  memprediksi  proses  eksperimen  yang  dilakukan.  Simulasi  pemanasan  dengan  temperatur pemanasan  350 o C  selama  15  menit  menghasilkan  temperatur  pelat maksimum  dan  minimum  sebesar  349.52 o C,  dapat diartikan bahwa temperatur pemanasan terdistribusi merata. Heat flux yang dihasilkan pada proses simulasi mengetahui sampel terjadi overheat atau tidak, dimana pada simulasi yang dilakukan heat flux selalu mengalami penurunan hingga heat flux minimum adalah 9.72 x 10-8 W/mm 2 , semakin kecil nilai heat flux maka semakin kecil panas yang berpindah. Simulasi  pressing  digunakan  untuk  mengetahui  distribusi  tegangan  serta  regangan  yang  terjadi.  Simulasi  pressing menghasilkan  tegangan  maksimum  sebesar  35.5  MPa  dan  minimum  sebesar  -2249.4  MPa,  tanda  positif  dan  negatif menunjukkan arah tegangan. Tegangan yang diberikan mampu mendeformasi pelat secara plastis yang mengakibatkan terjadinya  ikatan interface yang  lebih  kuat.  Untuk  simulasi  pengerollan  batasan-batasan  yang  diberikan  adalah  proses reduksi rolling yang digunakan adalah 50%, rotasi roll sebesar 1 rad/s, dan tegangan roll yang digunakan adalah 60 ton. Pada hasil simulasi rolling terdapat sebuah tegangan sisa akibat deformasi plastis yang terjadi. Besarnya tegangan sisa maksimum  adalah  303.4  MPa,  hal  ini  berarti  proses  rolling  dapat  mengakibatkan  pembebanan  partikel  penguat  pada pelat. Pembebanan partikel penguat ini dapat meningkatkan sifat mekanik pada sampel.
Hasil  eksperimen  membuktikan  bahwa  proses  ARB  dapat  meningkatkan  nilai  UTS  dan  nilai  kekerasan  pada komposit  berbasis  matriks  aluminium  (AA5052).  Sampel  dengan  penguat  Al 2 O 3 memiliki  sifat  mekanik  tertinggi dibandingkan dengan penguat lainnya (Hybrid dan SiC), dengan nilai UTS yang dihasilkan sebesar 140 MPa dan nilai kekerasan yang dihasilkan sebesar 45,83 HV. Peningkatan nilai sifat mekanik pada komposit berbasis AA5052 ini dapat dipengaruhi  oleh  penumpukan  dislokasi  yang  meningkat  karena  adanya  mekanisme strain  hardening akibat  proses pressing ataupun rolling . Selain itu besarnya gap interface dan fenomena missing line juga dapat mempengaruhi sifat mekanik  komposit  berbasis  AA5052,  dimana  semakin  rendah gap  interface maka  sifat  mekanik  akan  semakin meningkat  dan  fenomena missing  line juga  menunjukan  bahwa  terjadi  ikatan  yang  sempurna  antara  matriks  dengan penguat akibat proses rolling.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kementrian Ristek Dikti atas bantuan dana riset melalui Hibah Konsorsium Riset Ungglan Perguruan Tinggi (KRUPT) dengan No Kontrak: NKB-1073/UN2.R3.1/HKP.05.00/2019.

## Daftar Pustaka
[1]   Pramono,  A.,  2017,  “Teknologi  Terbaru  Severe  Plastic  Defoemation  Untuk  Aplikasi  Perangkat  Kemiliteran,” Jurnal Defendonesia 3 (1): 10-18.
[2]  Azushima,  A.,  Kopp,  R.,  Korhonen, A.,  Yang, D.Y.,  Micari,  F.,  Lahoti, G.D., Groche, P., Yanagimoto,  J., Tsuji, N., Rosochowski, A., Yanagida., A., “Severe plastic deformation (SPD) processes for metals,” CIRP Annals-2008. Manufacturing Technology 57: 716–735.
[3]  Valiev R.Z., Langdon T.G. 2006., “Principles of equal-channel angular pressing (ECAP) as a processing tool for grain refinement. Prog Mater Sci 51: 881-981.
[4]  Argentero,  S.,  2012,  Accumulative  roll  bonding  technology  of  aluminum  alloys,  Proceedings  of  Strategic Management Factors of MNC’s Subsidiaries–Comparative Analysis of Metal Manufacturing and Other Industries in the Czech Republic, 1-6.
[5]   Amirkhanlou,  S.,  Ketabchi,  M.,  Parvin,  N.,  Khorsand,  S.,  Bahrami,  R.,  2013,  “Accumulative  press  bonding;  a novel manufacturing process of nanostructured metal matrix composites”. Materials and Design, 52: 367–374.
[6]   Pramono,  A.,  Jamil  A.M.,  Milandia,  A.,  2018.  “Aluminum  based  Composites  by  Severe  Plastic  Deformation Process as New Methods of Manufacturing Technology. MATEC Web of Conferences 218: (04011) 1-9.
[7]   Pramono,  A.,  Kollo,  L.,  Veinthal,  R.,  2015.  “Aluminum  based  composite  by  novel  process:  repetitive  press  roll bonding (RPRB)” Procedia Chemistry, 16: 473-479.
[8]   Pramono, A., 2017 "Merging method of aluminum fiber composite materials with alternating pressure and rolling process  using  repetitive  press  roll  forming  (RPRF)".  Patent  Application:  001/P/HKI/2000.  P00201709889. University of Sultan Ageng Tirtayasa Banten.
[9]   Saito,  Y.,  Utsunomiya,  H.,  Tsuji,  N.,  and  Sakai,  T.  1999.  “Novel  ultra-high  straining  process  for  bulk  material development of the accumulative roll bonding (ARB) process”. Acta Mater 47: 579–583.
[10] Yi, Z., Zhang, W.J., Yang, Q.D., Li, G.J., & Chen, H.G. 2018. Influence Analysis of the Furnace Wall Emissivity on Heating Process. Infrared Physics & Technology 93: 326-334.
[11]  Tsuji  N.,  Ito,  Y.,  and  Minamino,  Y.,  2002,  "Strength  and  ductility  of  ultrafine  grained  aluminum  and  iron produced by ARB and annealing". Scripta Materialia: 893-899.
[12]  Pramono, A., Alhamidi. A.A., and Nurfadila. R., 2018, "Pengaruh Parameter Terkontrol pada Proses Accumulative Roll  Bonding (ARB)  Terhadap  Sifat  Mekanik  dan  Mikrostruktur  Aluminium  Seri  6  (AA6061)".  Jurnal  Teknik Mesin UNTIRTA: 68-73.
[13]  Zhang,  Z.,  and Chen, D.L., 2008., "Contribution of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced metal matrix nanocomposites" Materials Science & Engineering A: 148-152.
[14]  Reihanian, M., Hadadian, F.K., and Paydar, M.H., 2014, "Fabrication of Al–2 vol% Al 2 O 3 /SiC hybrid composite via  accumulative  roll  bonding  (ARB):  An  investigation  of  the  microstructure  and  mechanical  properties". Materials Science & Engineering A: 188-196.
[15]  Courtney, T.H., 2000, Mechanical Behaviour of Materials , second ed. USA: McGraw Hill.
[16]  Pramono,  A.,  Kollo,  L.,  and  Veinthal,  R.,  2016, “Hot  and  Cold  Regions  During  Accumulative  Roll  Bonding  of Al/Al 2 O 3 ”, Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, Estonian Academy of Sciences 65 (2): 132–137 [17]  Alizadeh,  M.,  Paydar,  M.H.  and  Jazi,  F.S.,  2013,  "Structural  Evaluation  and  Mechanical  Properties  of Nanostructured Al/B 4 C Composite by ARB Process". Composites Part B: 339-343.
[18]  Alizadeh,  M.,  and  Paydar,  M.H.,  2010,  “Fabrication  of  Nanostructure  Al/SiCp  Composite  by  accumulative  roll bonding (ARB) Process”, J Alloys Compd; 492: 231-5.
[19]  Zhou,  Z.,  Wang,  Z.,  Yi,  Y.,  Jiang,  S.,  Wang,  G.,  and  Chen,  J.,  2011,  “Properties  and  micro-structure  of  ZrO2– Al 2 O 3 composites with three-layer structure”. Compos Part B – Eng; 42:1271–5.
[20]  Vasiliev,  V.V.,  and  Morozov,  E.V.,  2013,  " Advanced  Mechanics  of  Composite  Materials  and  Structural Elements" . Oxford: Elsevier.
[21]  Reihanian. M., 2012, “Particle Distribution In Metal Matrix Composite Fabricated By Accumulative Roll Bonding “.  Department  of  Materials  Science  and  Engineering,  Faculty  of  Engineering,  Shahid  Chamran  University  of Ahvaz, Iran.