Jurnal Media Mesin, Vol. 23 No. 1 ISSN: 1441 – 4348 E-ISSN: 2541 - 4577
__________________________________________________________________________________
KARAKTERISASI SIFAT FISIS DAN MEKANIS PENGELASAN ALUMINIUM SERI  AA-5052 DENGAN METODE FRICTION STIR WELDING , DENGAN FEED RATE  60 MM/MENIT PADA PUTARAN  1500 RPM DAN SUDUT KEMIRINGAN TOOLS 3 0 YANG DILANJUTKAN ANNEALING DAN NORMALIZING
Bibit Sugito bs110@ums.ac.id Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Pramuko Ilmu Purbo Putro
p ip272 @ums.id
Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Agus Dwi Anggono
a da126@ums.id Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Agung Setyo Darmawan
a gung .d armawan@ums.ac.id Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Masyrukan masyrukan@ums.ac.id Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Aditya Qomarudin adityaqomarudin@gmail.com Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

## ABSTRAK
Friction Stir Welding (FSW) adalah proses pengelasan yang memanfaatkan energi panas akibat putaran tool bergesekan dengan logam induk dibawah tekanan aksial yang besar pada daerah pengelasan sehingga dapat menghasilkan sambungan. Metode pengelasan friction stir welding dapat digunakan untuk menyambungkan material yang sulit di las pada fusion welding. Penelitian ini untuk mengetahui pengaruh perlakuan panas annealing dan normalizing pada hasil pengelasan material aluminium sejenis AA 5052 terhadap sifat mekanik dan sifat fisis.Pada proses pengelasan ini menggunakan mesin milling dengan parameter feedrate 60 mm/menit, sudut kemiringan tool sebesar 3º dan kecepatan putaran tool 1500 rpm. Serta perlakuan panas annealing dan normalizing dilakukan pada suhu 345ºC dengan penahanan panas didalam tungku selama 2 jam. Sifat mekanik diketahui dari pengujian tarik dan pengujian kekerasan, sifat fisis diketahui dari struktur mikro.Hasil penelitian ini didapatkan nilai kekuatan tarik pada raw material lebih tinggi dibanding dengan normalizing dan annealing dengan nilai tegangan rata-rata 162,54 MPa dan nilai regangan 8,61%. Nilai kekerasan tertinggi daerah base metal pada raw material sebesar 53,7 BHN, daerah HAZ dan las nilai tertinggi terjadi pada raw material yaitu sebesar 40,6 BHN dan 30,4 BHN. Sedangkan nilai kekerasan terendah pada semua daerah ada pada material yang di annealing. Struktur mikro pada daerah HAZ mengalami pertumbuhan butir akibat temperatur yang diterima selama proses pengelasan. Sedangkan pada weld nugget menunjukan tampilan struktur mikro yang kecil dan rapat.
Kata kunci: friction stir welding , AL 5052, annealing, normalizing , sifat mekanik, sifat fisis.
__________________________________________________________________________________

## ABSTRACT
Friction Stir Welding (FSW) is a welding process using heat caused by tool rotation rubbing with main metal under big axial pressure at welding area resulting joint. The friction stir welding techniques is used to weld materials, which are difficult to joint on fusion welding. The study is aimed to know the influence of annealing heat and normalizing on the result of material welding of aluminum type AA 5052 on the mechanical and physical characteristics. The welding process uses milling machine with feed rate parameter of 60 mm/minutes, tool elevation angle is 3º and the tool rotation speed of 1500 rpm. The annealing heat treatment and normalizing are performed at temperature of 345ºC with heat endurance in fireplace for 2 hours. The mechanical trait is revealed by test of pulling and hardness, while the physical trait is known by micro structure. The result of the study shows that the pulling power score on raw material is higher than normalizing and annealing with average tight score of 162.54 MPa and stretch score of 8.61%. The highest score of hardness on metal base of raw material is 53.7 BHN, the highest score of HAZ and welding area occur on the raw material, which is 40.6 BHN and 30.4 BHN. The lowest hardness score occurs on the entire material annealed. The micro structure of HAZ area grows dots because of accepted temperature during welding process. The weld nugget shows the small and rigid micro structure display.
Keywords : friction stir welding, heat treatment, annealing, normalizing, mechanical properties, physical properties.

## 1. PENDAHULUAN
Pada dunia konstruksi rekayasa dan rancang bangun, penyambungan material satu dengan yang lain perlu menggunakan metode yang tepat. Dalam dunia industri manufaktur saat ini sering kita jumpai pembuatan produk atau komponen yang membutuhkan penyambungan material baik di bidang otomotif, penerbangan, perkapalan dan lain-lain. Dan pengelasan merupakan salah satu metode penyambungan yang sering digunakan untuk penyambungan material. Di zaman modern ini banyak industri manufaktur yang mengembangkan te k nik-teknik pengelasan untuk meningkatkan kualitas produk dan memangkas biaya produksi.  Pengelasan berdasarkan definisi Deutche Industri Normen (DIN) adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilakukan dalam keadaan lumer atau cair.
Proses pengelasan logam dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok, yaitu: Liquid State Welding (LSW) dan Solid State Welding (SSW). LSW adalah proses pengelasan logam dengan cara mencairkan logam tersebut terlebih dahulu, sedangkan SSW merupakan proses pengelasan logam yang dilakukan pada kondisi padat atau logam tidak mencapai titik leburnya pada saat tersambung. Salah satu metode SSW adalah Friction Stir Welding (FSW), yaitu proses pengelasan dengan memanfaatkan panas yang timbul akibat putaran  dari tool yang bergesekan dengan logam induk di bawah tekanan aksial yang besar pada daerah pengelasan. Friction Stir Welding (FSW) adalah suatu proses pengelasan baru yang ditemukan di TWI ( The Welding Institute ) pada tahun 1991. Pengelasan FSW sering diaplikasikan pada logam aluminium atau pada dissimilar logam.  Fsw sering diaplikasikan pada logam aluminium karena logam aluminium dan paduannya merupakan logam yang mempunyai sifat mampu bentuk ( formability ) yang baik, kekuatan tarik relatif tinggi, tahan korosi dan sifat mekaniknya dapat ditingkatkan dengan pengerjaan atau perlakuan panas, serta mempunyai sifat mampu las ( weldability ) yang bervariasi tergantung pada jenis paduannya (Mandal,2005). Kelemahan saat proses pengelasan FSW terjadi pada sambungan las yang mengalami pelunakan dan penurunan tegangan tarik akibat proses rekristalisasi di nugget zone selama proses pengelasan berlangsung. Pengelasan Friction Stir Welding (FSW) harus memperhatikan beberapa parameter, seperti : putaran tool ( rotational speed ), kecepatan pengelasan ( welding speed ), kedalaman penetrasi tool ( tool deep plunge ), sudut kemiringan tool terhadap benda kerja, dan bentuk/profil dari pin. Pemilihan parameter FSW yang  tepat, dapat menghasilkan kekuatan sambungan meningkat dan cacat pengelasan dapat diminimalkan  (Idhar Haris S, 2018). Namun, selain dengan pemilihan parameter FSW yang tepat juga perlunya proses lanjutan berupa heat treatment untuk memperoleh kualitas hasil sambungan yang lebih baik. Proses heat treatment adalah  suatu proses pemanasan dan pendinginan yang terkontrol, dengan tujuan mengubah sifat fisik dan sifat mekanis dari suatu bahan atau logam sesuai dengan yang diinginkan  (Kamenichny, 1969). Maka dari penjabaran dan telaah pada pendahuluan diatas.  Tujuan  dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh hasil FSW pada sambungan logam  alumunium  dengan penambahan perlakuan panas terhadap kekuatan tarik, kekuatan kekerasan, dan struktur mikro hasil FSW. Dari
__________________________________________________________________________________
penelitian ini, penulis berharap akan mendapat sebuah kesimpulan mengenai sifat mekanik dan struktur mikro pengelasan FSW material AA 5052.

## 2. FRICTION STIR WELDING ( FSW )
Proses Pengelasan FSW menggunakan mesin milling universal dengan parameter yang digunakan dalam proses pengelasan friction stir welding ini adalah putaran tool 1500 rpm, feedrate 60 mm/menit dan kemiringan tool ( tilt angel )  3°. Pelat aluminium seri AA-5052 diletakkan pada sisi advancing , sedangkan pelat aluminium seri 5052 diletakkan pada sisi retreating . Pengelasan dilakukan pada panjang sisi 150 mm dengan tipe sambungan butt joint . Gambar 1. Menjelaskan proses pengelasan dengan friction stir welding .

## Gambar 1.proses pengelasan FSW
Teori yang mendasari proses friction stir welding ini, memanfaatkan gaya gesekan pada benda yang diturunkan oleh Newton. Pada umumnya gaya gesek benda yang terjadi adalah gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis, yang ditulis dengan rumus sbb:
Fs : µs . N (1) Keterangan :Fs   : Gaya gesek statis µs   : koefisien gesek statis N    : Gaya normal Sedangkan untuk gaya gesek kinetis dinyatakan dengan rumus sbb : Fk    : µk . N (2) Dimana :Fk   : Gaya gesek kinetis µk   : koefisien gesek kinetis
N    : Gaya normal

## __________________________________________________________________________________

## Studi Literatur
Persiapan bahan dan mesin
Proses Pengelasan FSW

## Pembuatan Spesimen Uji
Pengujian Tarik
Pengujian Kekerasan Struktur Mikro Data Hasil dan pembahasan Selesai mulai Non Heat Treatment Normalizing Annealing Gambar 2. Diagram alir penelitian

## 3.1. Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah aluminium alloy 5052 dengan ukuran 150 mm x50 mm x3 mm, seperti yang ditunjukkan gambar 3, dibawah.

## Heat Treatment

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
Secara skematis alur penelitian dapat dilihat pada Gambar.2 sebagai berikut :
__________________________________________________________________________________
Pada gambar 3. Memperlihatkan dua buah plat AL 5052 yang telah di las dengan menggunakan metode gesekan (Friction Stir welding ). Sedangkan gambar 3, dan gambar 4 memperlihatkan bentuk specimen setelah dilakukan pengujian tarik.  Adapun pada gambar 4 dan gambar 5, menunjukkan specimen yang telah mengalami pengujian tarik, setelah kedua specimen tersebut mengalami perlakuan panas.
Gambar 4. Bentuk spesimen setelah di uji tarik yang di Normalizing
Gambar 5. Bentuk spesimen setelah di uji tarik yang di Anealling
Demikian juga yang terlihat pada gambar 6, adalah pembagian zona pada material yang akan di uji kekerasan dengan menggunakan  standard ASTM 8, pada daerah base metal, Nugged, dan daerah dampak panas HAZ

## Base metal
Gambar 6. Dimensi uji tarik standard ASTM 8
Base metal Nugged HAZ

## __________________________________________________________________________________
Sedangkan pin pengaduk yang digunakan terbuat dari high steel carbon yang dibentuk cylindricaltaper dengan ukuran  diameter  pin  5mm,  taper 3mm,  tinggi  pin  2,75mm,  dan  diameter  r shoulder 15 mm, terlihat seperti Gambar.7.

## Gambar 7. Bentuk dan dimensi pin
Mesin yang digunakan pada proses FSW adalah universalmilling  machine  Acirea AS-1.  Sedangkan proses pemanasan digunakan Furnace, untuk proses annealing dan normalizing.Sedangkan  Mesin uji  tarik  adalah universal  testing machine  Hung Ta type HT-9501, dan untuk uji Kekerasan macro  vickers  machine  Brevetti “AFFRI” dan alat uji  Struktur Mikro yaitu mikroskop Olimpus BH 2-VMA.

## 3.2. Langkah langkah penelitian
Proses friction stir welding dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : a. Mempersiapkan semua perlengkapan yang dibutuhkan seperti base metal , tool , backing plate , dan milling clamp . b. Pasang tool pada bahu pencekam dan pasang base metal pada meja mesin milling yang diberi alas backing plate dengan tujuan agar base metal tidak menempel pada meja mesin milling setelah proses pengelasan lalu kencangkan base metal menggunakan milling clamp .
c. Menempatkan tool pada daerah lasan ( weld line ) yang merupakan batas antara dua base metal, sehingga dengan adanya putaran dan gesekan antara tool dan base metal maka terjadilah panas.
d. Menyalakan mesin milling dengan putaran tool 1500 rpm dan feed rate yang digunakan 60 mm/menit. e. Melakukan penetrasi tool ke dalam base metal sedalam 2,8  mm.  Penetrasi dilakukan secara manual dengan menaikkan atau menurunkan meja mesin milling terhadap sumbu y.
f. Proses friction stir welding dilakukan setelah tool ditahan dalam beberapa menit agar mencapai suhu sekitar 0,8 Tc (titik cair) dari base metal . Tool kemudian dijalankan otomatis mengikuti daerah lasan ( weld line ).
g. Pull off atau proses pengangkatan tool setelah tool mencapai daerah ujung base metal. h. Matikan putaran dan mesin milling setelah itu lepas milling clamp lalu ambil base metal dari meja mesin milling . Proses perlakuan panas / heat treatment adalah a nnealing, terhadap logam paduan aluminium. Prinsip annealing adalah memanaskan base metal sampai di atas temperatur kritis, kemudian dilakukan holding time , dan proses pendinginan di dalam tungku dilakukan dengan lambat hingga temperatur kamar . Sedangkan perlakuan panas normalizing dilakukan  dengan  memanaskan  raw material, kemudian dilakukan holding time dengan waktu tertentu dan didinginkan di udara bebas.
162,54 141,66 157,86 0 40 80 120 160 200 Raw Normalizing Annealing Te ga nga n σ ( MP a) Perlakuan Panas 8,61 8,18 7,41 0 2 4 6 8 10 Raw Normalizing Annealing Re ga nga n ε (%)

## 4. DATA HASIL PENELITIAN

## 4.1. Data hasil uji tarik
Data hasil uji tarik terlihat pada Gambar 8, sedangkan nilai regangan ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 8. Histogram PerbandinganTegangan Tarik
4. 2. Data hasil uji regangan
Gambar 9. Histogram Perbandingan Nilai Regangan Tarik
Dari histogram  gambar 8, menunjukkan bahwa tegangan tarik hasil pengelasan friction stir welding aluminium alloy AA-5052 memiliki nilai yang menunjukkan perbedaan, baik yang ditreatment maupun tidak. Nilai tegangan tarik pada spesimen yang tidak di heat treatment sebesar 162.54 MPa, dan pada spesimen yang di
__________________________________________________________________________________
normalizing sebesar 141.66  Mpa,  dan  157.86 MPa  untuk yang di annealing .  Jika dicermati ada perbedaan kekuatan tariknya,  antara raw material dengan specimen yang di annealing dan normalizing walaupun  tidak terlalau signifikan.Proses pemanasan memberikan peluang butiran butiran logam untuk bergerak dan menempati ruangan ruangan kosong, sehingga akan tertata sesuai dengan karakternya. Dengan demikian maka proses heat treatment menyebabkan terjadinya perubahan butir. Kekuatan material tersebut akan diikuti perubahan sifat yang lain, yaitu pertambahan panjang atau perubahan regangan seperti terlihat pada gambar 9 yang menunjukkan bahwa nilai regangan tarik yang terbesar pada spesimen yang tidak di heat treatment (raw) dengan nilai regangan 8.61% sedangkan pada spesimen yang di heat treatment normalizing mempunyai nilai regangan 8.18% dan pada spesimen yang di annealing mempunyai nilai regangan terkecil 7.41%.

## 4. 3. Data hasil uji kekerasan

## Gambar 10. Histogram nilai Kekerasan
Dari histogram Gambar  10,  menunjukkan bahwa nilai kekerasan pada setiap variabel perlakuan panas maupun tanpa perlakuan panas pada hasil pengelasan Friction Stir Welding (FSW) Alumunium Alloy 5052 memiliki nilai kekerasan yang berbeda pada setiap bidang ujinya seperti yang ditunjukkan pada gambar 10. Nilai kekerasan rata-rata tertinggi untuk daerah base yaitu pada material raw sebesar 53.7 BHN. Sedangkan nilai kekerasan rata-rata terendah adalah annealing yaitu sebesar 23.6 BHN. Kemudian untuk daerah HAZ rata-rata tertinggi adalah raw material yaitu sebesar 40.6 BHN, sedangkan untuk nilai kekerasan rata-rata terendah adalah normalizing sebesar 22.7 BHN.Kemudian untuk bagian las nilai kekerasan rata-rata tertinggi adalah material raw yang tidak ditreatment yaitu sebesar 30.4 BHN, sedangkan untuk nilai kekerasan rata-rata bagian las terendah pada annealing sebesar 20.2 BHN. Nilai kekerasan rata-rata hasil pengelasan Friction Stir Welding (FSW) yang di heat treatment mengalami penurunan, diduga paduan Al-Mg yang  mengalami perlakuan panas  terjadi difusi dengan adanya pergerakan butir, sehingga butir – butir tertata seragam dan homogen.
30,4 21,6 20,2 40,6 22,7 23,6 53,7 26,1 23,6 0 10 20 30 40 50 60 Raw Normalizing Annealing Ke ke ras an (B HN ) Perlakuan Panas Las Haz Base
__________________________________________________________________________________

## 4. 3. Data hasil uji struktur mikro
Gambar 11. Struktur mikro daerah base metal (a) Raw , (b) Normalizing , (c) Annealing dengan perbesaran 200 X.
(b) Normalizing (c ) Annealing (a) Raw (b) Normalizing (c ) Annealing (a) Raw
Gambar 12. Struktur mikro daerah HAZ (a) Raw , (b) Normalizing , (C) Annealing , pembesaran 200x

## Jurnal Media Mesin, Vol. 23 No. 1 ISSN: 1441 – 4348
50 µm E-ISSN: 2541 - 4577
__________________________________________________________________________________
Gambar 13. Struktur mikro daerah Las (a) Raw , (b) Normalizing , (C) Annealing
Dari gambar 11,12, dan 13 terlihat struktur mikro dari hasil pengelasan Friction Stir Welding yang mengalami perlakuan panas ( heat treatment ) mengalami perubahan bentuk butir. Seperti tampak pada gambar 11,12,dan 13, besar  butir yang ada pada pengelasan yang tidak mengalami perlakuan panas ( heat treatment ), baik pada  base metal, HAZ dan daerah lasan terlihat butiranya agak besar dibanding dengan yang di treatment, sedangkan fase yang ada adalah  AL dan Mg. Secara spesifik walaupun tidak terlalu nampak perbedaan secara signifikan, namun akan mempengaruhi sifat-sifat fisis dan mekanik, antara lain kekuatan tarik, kekerasan, dan struktur mikro.

## 5. KESIMPULAN
Pengelasan  FSW Aluminium  Alloy  seri  AA- 5052,  didapat  kontur  permukaan  yang  halus  dan  terdapat weld flash yang  disebabkan  adukan shoulder dan pin saat  proses  pengelasan.  Data  pengujian  kekuatan  tarik menunjukan bahwa pada pengelasan FSW tanpa perlakuan panas ( raw) sebesar 162,54 MPa dan nilai regangan sebesar 8,61%, sedangkan yang di normalizing kekuatan  tarik  sebesar 141,66 MPa nilai regangan sebesar 8,18%, dan yang Annealing kekuatan  tarik sebesar 157,86 MPa nilai regangan sebesar 7,41%. Sedangkan  nilai  kekerasan  pada  base  metal  sebesar  53.7  BHN,  daerah  HAZ  40.6  BHN,  daerah lasan 30.4 BHN. Nilai kekerasan yang di annealing dan normalizing masing –  masing sebesar 23.6 BHN pada raw material, HAZ 23.6 BHN daerah lasan 20.2  BHN, sedangkan yang normalizing 26.1 BHN, HAZ 22.7  BHN  dan  daerah  lasan  21.6  BHN.  Pada  pengamatan  struktur  mikro  perlakuan  panas  annealing  dan normalizing mengalami penghalusan butir yang dapat dilihat pada foto terlihat mengecil dan merapat
(c ) Annealing
(b) Normalizing (a)Raw
__________________________________________________________________________________

## 5. DAFTAR PUSTAKA
[1]    Adamowski, J., dan Szdoko, M. 2007. Friction Stir Welding (FSW) of Aluminium Alloy  AW6082-T6 . Volume  20.  Journal  of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. International OCSCO World Press
[2]   American Society for Metals Handbook Committee. 1990. Properties andSelection:Nonferrous Alloysand Special-Purpose Materials , Volume 02. ASM International. The Materials Information Company.
[3]   American Society for Metals Handbook Committee, 1991, Heat Treating, Volume 04, ASM International, The Materials Information Company.
[4]   American  Society  for  Metals  Handbook  Committee,  2004, Welding, Brazing,  and  Soldering, Volume 06,  ASM  International,  The Materials Information Company.
[5]   American Society for Testing and Materials. 2003. Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Material , ASTM, E8M-04.
[6]   American Society for Metals Handbook Committee, 2004, Metallography and Microstructures , Volume 09, ASM International, The Materials Information Company.
[7]  Anggono, A. D., Riyadi, T. W. B., at.al., 2018 Influence of Tool Rotation and Welding Speed on The Friction Stir Welding of AA 1100 and AA 6061-T6 , Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
[8]  Azom  Materials  –  California Metal & Supply, Inc. 2012. Aluminium / Aluminium Alloy 5052  (UNS AA5052), https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=6615 ,.
[9]  Dawes,  C,  J.  1999. Friction  Stir  Welding .  TALAT  Lecture  4410.  The Welding Institute. Cambridge.
[10]  Kamenichny, I. 1969. A Short Handbook of Heat Treatment . Mir Publishers. Moscow.
[11]  Mandal. 2005. Aluminum Welding . 2nd ed. Narosa Publishing House. New Delhi. Mishra,  R.S.  dan Ma, Z.Y.  2005. Friction  Stir  Welding  and  Processing, Journal of Materials Science and Engineering . Science Direct.
[12] Moarrefzadeh,  Ali. 2012. Study  of Heat Affected  Zone  (HAZ)  in  Friction Welding Process . Iran: Journal of Mechanical Engineering.
[13]  Nandan,  R, T. DebRoya,  H.K.D.H.  Bhadeshia.  2008. Recent Advances  In Friction   Stir   Welding   - Process,   Weldment   Structure   and Properties . Science Direct.
[14]  Rajakumar, S., dan Balasubramanian, V. 2012. Correlation  Between  Weld Nugget Grain Size, Weld Nugget Hardness and Tensile Strength of  Friction  Stir  Welded  Commercial  Grade  Aluminium   Alloy Joints .
[15]  Riswanda, Ilman, M., N., 2012, Studi Komparasi Sambungan Las Disamilar AA 5083- AA 6061-T6 Antara TIG dan FSW , Industrial Research Workshop and National Seminar.
[16]  Sidhu, Mandeep Singh. 2012. Friction Stir Welding-Process and its Variabels ; A Review, International Journal of Emerging Technology and Advanced Engginering, India.
[17] Subramaniam, Senthilkumar, dkk. 2012. Acoustic Emission–Based Monitoring   Approach  for  Friction Stir  Welding  of  Aluminum Alloy AA6063-T6 with Different Tool Pin . Journal of Engineering Manufacture. Institution of Mechanical Engineering. India.
[18]  Sugito, B., Anggono, D.  A., Prasetyana, D., 2016, Pengaruh Kedalaman Pin (Depth Plunge) terhadap Kekuatan Sambungan Las pada Pengelasan Gesek AL 5083 , Teknik MesinUniversitas Muhammadiyah Surakarta.