## PEMERIKSAAN  MIKROSTRUKTUR, KOMPOSISI KIMIA DAN
KEKERASAN HASIL PENGELASAN PADUAN Al-6061
Masrukan (1) , Fatchatul B (2) dan  Chaerul (2)

## 1.  Pusat Teknolog Bahan Bakar Nuklir-BATAN
Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang
2.  Pusat   Teknologi Bahan Nuklir dan Radiometri -BATAN
Jl. Taman Sari, Bandung

## ABSTRAK
PEMERIKSAAN  MIKROSTRUKTUR, KOMPOSISI KIMIA DAN KEKERASAN HASIL PENGE- LASAN PADUAN Al-6061. Telah dilakukan percobaan untuk mengamati pengaruh pengelasan terhadap kekerasan dan mikrostruktur paduan Al6061. Mula-mula dua potongan pelat paduan Al6061 dilas dengan menggunakan lasan GTAW dan filler dari  paduan Al-4043.  Pengujian logam hasil pengelasan yang terdiri atas kekerasan, mikrostruktur dan  komposisi  kimia dipilih pada daerah logam induk , daerah terpengaruh panas (HAZ) dan daerah logam lasan.  Dari pengujian kekerasan Rockwell F terlihat bahwa kekerasan tertinggi dicapai pada daerah logam induk yakni sebesar 66,4 RF, kemudian di derah HAZ  (56,8 RF)  dan  logam lasan (54,5 RF).  Pada pengamatan mikrostruktur, terlihat bahwa bentuk butir logam induk ,  HAZ dan logam lasan masing- masing berbentuk cill, columnar dan equiaxial .  Dari pengukuran ukuran butir dapat diketahui bahwa ukuran butir pada logam induk , HAZ dan logam lasan masing-masing sebesar 13,5µm, 15,9 µm dan 19,4 µm. Sementara itu, dari analisis komposisi kimia dengan menggunakan SEM-EDS  terlihat bahwa kandungan unsur Si dan O tertinggi pada logam lasan,  yakni masing-masing sebesar 10,14% dan 6,68 % berat.
Kata kunci : Pengelasan, paduan Al-6061, mikrostruktur, komposisi kimia dan  kekerasan.

## ABSTRACT
MICROSTRUCTURE OBSERVATION, CHEMICAL COMPOSITION AND HARDNESS OF Al-6061 ALLOY WELDING RESULT. The microstructure observation, chemical composition and hardness of Al-6061 alloy welding result  has been done. Two Al6061 alloy plates were welded by using GTAW and the Al-4043 alloy as a filler.  The metal examinations after welding that consist of hardness, microstructure, and chemical composition were selected at the logam induk, the heat affected zone (HAZ), and the logam  lasan areas. The highest hardness examination by Rockwell F was reached at logam induk (66.4 RF), followed by the HAZ (56.8 RF), and the logam  lasan (54.5 RF). The microstructure observations found that the grain shape of logam induk, HAZ, and logam lasan areas are cill, columnar, and equiaxial, respectively. The grain size examinations of  base
metal, HAZ, and  weld metal areas are 13.5 µm, 15.9 µm and 19.4 µm, respectively. While, the highest Si and O content during chemical composition analysis by using of SEM-EDS is found to be 10.14% and 6.68 % weight respectively for logam  lasan area.
Key word: Welding,  Al-6061 alloy, microstructure, chemical composition and hardness.

## PENDAHULUAN
Paduan aluminium magnesium silicon (AlMgSi)   termasuk paduan aluminum yang dapat dikeraskan dengan perlakuan panas ( heat traetable ) dan  termasuk  dalam seri 6061. Paduan Al 6061  banyak digunakan dalam industi seperti industri mobil, konstruksi rumah, jembatan dan bahkan dapat digunakan untuk industri nuklir. Dalam industri nuklir paduan Al6061  misalnya untuk bahan struktur elemen bakar reaktor riset dan komponen tangki reaktor.
Pemilihan bahan  tangki  dari Al-6061 disebabkan paduan tersebut mempunyai kekerasan yang cukup tinggi sehingga mampu menahan beban selama digunakan di reaktor.   Oleh karena sifat kekerasan Al-6061 tersebut maka paduan Al-6061 cocok untuk dikembangkan sebagai kelongsong bahan bakar baru seperti U 3 Si 2 -Al,  UMo dan U-Zr.
Penggunaan  paduan Al-6061 yang lain adalah  untuk  tangki  reaktor seperti Reaktor  TRIGA di Bandung.  Dalam fabrikasinya menjadi pelat elemen bakar maupun untuk komponen tangki reaktor TRIGA, kedua penggunaan memerlukan proses penyambungan yaitu pengelasan. Pengelasan pada proses fabrikasi elemen bakar dilakukan pada ujung-ujung komposit sebelum dilakukan pengerolan, sedangkan fabrikasi untuk komponen  tangki reaktor dilakukan pada tangki dinding reaktor.
Proses pengelasan adalah proses penyambungan logam dengan menggunakan pemanasan temperature tinggi secara serentak,  sehingga terjadi perubahan sifat metalurgiknya seperti sifat mekanik, mikrostruktur maupun komposisi unsur
penyusunnya [1] .  Perubahan  mikrostruktur dapat mengakibatkan perubahan sifat yang merugikan misalnya ketangguhan di daerah lasan (HAZ) menurun sehingga mudah retak [1] .
Dalam peneitian ini dilakukan pengelasan  bahan Al 6061,   selanjutnya dilakukan pemeriksaan mikrostruktur, kekerasan dan komposisi unsur akibat proses pengelasan.  Penelitian ini dilakukan untuk mengamati perubahan yang terjadi pada bahan  Al-6061 hasil pengelasan terhadap mikrostruktur dan  sifat mekaniknya (kekerasan).

## TEORI
• Paduan AlMgSi (Al-6061)
Paduan    Al-6061    termasuk  dalam kelompok paduan aluminium magnesium silicon (AlMgSi)   yang memiliki  kekuatan dan mampu lasan baik serta ketahanan korosi cukup baik . Paduan AlMgSi  dapat digolongkan menjadi tiga kelompok. Kelompok pertama,  yaiu meliputi paduan logam dengan jumlah yang seimbang antara unsur Si dengan Mg antara 0,8 % dan 1,2 % berat. Kelompok ini dapat diekstrusi.  Kelom- pok kedua,  mengandung Mg dan Si lebih dari 1,4 %. Paduan ini dapat didiginkan cepat ( quenching ) untuk meningkatkan keku-atan setelah proses ekstrusi. Kelompok ketiga merupakan kelompok yang popular di Amerika Utara dan mempunyai komposisi  Si lebih banyak dengan  tujuan untuk mening- katkan  kekerasan.
Dalam diagram fasa biner seperti terlihat pada Gambar 1,   kelarutan maksimum Mg 2 Si berada pada   komposisi 1,85 % berat , dan setelah melampaui batas kelarutan akan membentuk fasa beta (Mg 2 Si) . Apabila di dalam paduan AlMgSi tidak terdapat unsur Mn atau Cr tetapi terdapat unsur Fe maka akan terbentuk fasa–fasa Fe 3 SiAl 12 , Fe 2 Si 2 Al 9 ,
atau campuran magnesium, silikon dan besi [2,3]. Unsur Mn dan  Cr menstabilkan fasa (Fe, Mn, Cr) 3 SiAl 12 apabila ditambahkan ke dalam paduan tersebut seperti Al 6063. Paduan AlMgSi seri 6061 biasanya mempunyai kelebihan Mg 2 Si pada temperatur kelarutan- nya dan bila didinginkan  lambat  membentuk struktur Widmanstatten .
Gambar 1.  Diagram fasa pseudobinery Al-Mg 2 Si [4]
Gambar 1.  Diagram fasa pseudobinery Al-Mg 2 Si [4]

## • Pengelasan logam
Pengelasan  logam    adalah  proses penyambungan logam  antara dua bagian logam atau lebih dengan  dengan menggu- nakan energi  panas [1] .  Karena proses pengelasan, maka logam di sekitar  lasan mengalami siklus termal cepat  yang menyebabkan terjadinya perubahan – perubahan metalurgi yang rumit, deformasi dan tegangan–tegangan termal.  Hal ini sangat  erat hubungannnya dengan ketang- guhan, cacat lasan, retak dan lain sebagainya yang pada umumnya mempunyai pengaruh yang fatal terhadap keamanan dan konstruksi
lasan. [1] Dilihat dari daerah pengelasannya, proses pengelasan dapat dibedakan menjadi :
- Daerah logam  induk (BM = base metals ), adalah daerah yang mana logam asal sebelum dilakukan pengelasan,
-  Daerah terpengaruh panas (HAZ = Heat Affected Zone ), adalah daerah lasan  yang tidak mencair  tetapi sudah  mengalami pengaruh peru- bahan mikrostruktur akibat pema- nasan dan pendinginan selama
proses pengelasan.  HAZ dan batas cair padat merupakan  dua daerah yang sangat kritis, karena di tempat ini  sering terjadi retak  dan beberapa jenis cacat lainnya.  Temperatur tertinggi  daerah HAZ dipengaruhi oleh masukan panas yang bergantung pada arus listrik, kecepatan pengelasan, ketebalan palisan kerja, pemanasan awal, dan polaritas listrik.  Laju pendinginan daerah HAZ tergantung pada temperatur tertinggi daerah HAZ, media pendingin,  ketebalan benda kerja, dan pemanasan awal.  Laju pendinginan ini juga akan menentukan  jenis fasa yang akan terbentuk pada temperatur kamar setelah pendinginan daerah lasan.
-  Daerah batas lebur  ( fusion line ) adalah daerah  yang mana terjadi batas antara padat dan cair. Daerah
batas lebur dan HAZ adalah daerah paling berbahaya  karena pada daerah tersebut sering terjadi retak dan beberapa cacat lasan lainnya. -  Daerah logam lasan (WM= Logam lasans ), umumnya memiliki sifat yang lebih baik daripada logam induk, karena logam lasan merupakan campuran unsur yang berasal  dari logam pengisi dan logam induk. Logam pengisi biasanya memiliki unsur pemadu yang menghasilkan sifat yang lebih baik daripada logam induk.
-  Daerah garis pusat lasan (WCL= weld centre line ),  adalah daerah logam lasan yang membeku paling akhir dan memiliki kandungan unsur paduan yang paling tinggi.
Pada Gambar 2 ditampilkan pemba- gian daerah-daerah hasil pengelasan logam.

## BM                         HAZ  WCL                           WM

## FL
Gambar 2. Daerah hasil pengelasan [1]
Gambar 2. Daerah hasil pengelasan [1]

## TATA  KERJA
Bahan  yang  digunakan  untuk  penelitian ini adalah potongan pelat Al -6061 yang telah dilas  dengan menggunakan logam pengisi ( filler ) Al-4043 dengan komposisi seperti tertera pada Tabel 1  dalam Lampiran. Pemilihan  bahan untuk pengisi diusahakan agar memiliki  komposisi yang mendekati logam induknya selain dari sifat-sifat mekanik dan ketahanan korosinya. Teknik pengelasan yang digunakan yaitu GTAW ( Gas Tungsten Arc Welding )  yaitu pengelasan  dengan pencairan  ( fusion welding ). Pengambilan sampel uji dilakukan pada daerah logam
lasan, Heat Affected Zone (HAZ) dan logam induk . Pengelasan dilakukan dalam dua tahap yaitu  pada bagian dalam tabung dan bagian luar.  Untuk dapat dilakukan pengujian mikrostruktur, kekerasan maupun komposisi unsur   dengan menggunakan SEM-EDS, merk Philips,  sampel dipotong kecil kemudian dibingkai untuk memudahkan pemegangan pada saat penghalusan.  Peng- halusan sampel dilakukan dengan meng- gunakan mesin gerinda dan dilanjutkan dengan menggunakan mesin polis.  Setelah sampel halus,  dietsa dengan menggunakan campuran 15,5 mL HNO 3 , 1,5 mL HF dan  3g
CrO 3 , selanjutnya   diuji mikrostruktur yang terjadi dengan menggunakan mikroskop optik, kekerasan dengan  menggunakan teknik uji kekerasan Rockwell, dan analisis
komposisi unsur dengan menggunakan SEM- EDS.  Pada Gambar 3 ditampilkan daerah yang diuji,  sedangkan pada Gambar 4 ditampilkan skema diagram alir penelitian.
Gambar 3. Penampang melintang daerah yang  sambungan yang diuji
Keterangan :
1, 2, 3, 9, 8              =  lasan bagian luar tabung
5, 4, 6,11,12, 7, 6    =  lasan pada bagian dalam tabung
Potongan pelat Lasan Al-6061
Pemotongan  sampel Pemeriksaan Pemeriksaan hasil lasan Pemeriksaan mikrostruktur Mikr. Optik, SEM-EDS Pengujian kekerasan Rockwell F Analisis  data Kesimpulan
Gambar 4. Diagram alir penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengujian  kekerasan  ditampilkan pada Tabel 1 dan mikrostruktur pada Gambar
5 sampai dengan 7.. Dari Tabel 1 yang menampilkan data kekerasan Rockwell dapat
dilihat bahwa pada daerah lasan ( logam lasan )  mempunyai nilai kekerasan terendah yakni 54,5  Rockwell F,  sedangkan nilai kekerasan tertinggi dicapai pada logam induknya yakni sebesar 66,8  Rockwell F. Perbedaan nilai kekerasan ini disebabkan oleh pengaruh panas (masukan panas) yang digunakan, yang mana pada daerah lasan menerima panas yang paling tinggi dibandingkan pada daerah  HAZ maupun logam induknya. Selain disebabkan oleh faktor pemanasan,  rendahnya nilai kekera-
san pada daerah lasan juga  disebabkan kondisi pada saat pengelasan.  Pada saat temperatur pengelasan tinggi,  terjadi penca- iran logam lasan dan logam hidrogen yang berasal  dari sekeliling mudah larut ke dalam logam cair.  Apabila kemudian logam cair membeku, gas hidrogen yang terlarut akan terjebak/terperangkap dalam bekuan logam sehingga menyebabkan timbulnya pori-pori. Semakin banyak pori-pori yang terbentuk pada logam lasan akan semakin rendah kekerasannya.
Tabel 1.  Hasil uji kekerasan
Daerah lasan Nilai kekerasan rata-rata (Rockwell F) Logam induk 66,4 Daerah pengaruh  panas (HAZ) 56,8 Logam lasan ( logam  lasan ) 54,5 Proses pengelasan menimbulkan pemanasan pada logam induk maupun logam pengisi, dan  sumber panas akan bergerak sehingga timbul pencairan dan pembekuan secara terus menerus. Rangkaian proses ini akan menimbulkan pengintian dan pertumbuhan butir yang berakibat terbentuknya bermacam-macam bentuk maupun ukuran butir. Bentuk, ukuran butir, pori-pori dan inklusi merupakan bagian dari mikrostruktur.  Apabila diamati mikrostruktur yang terjadi, dari logam  induk ke tengah daerah lasan  terlihat masing-masing mempunyai bentuk butir cill , columnar dan equiaxial seperti pada Gambar 5, 6 dan 7. Bentuk butir cill berbutir halus, terbentuk karena pendinginan relative cepat sehingga laju pengintianpun cepat dan pertumbuhan butir lambat. Bentuk butir seperti ini terlihat pada daerah batas batas antara logam induk dengan logam  lasan ( logam  lasan ) seperti
Gambar 5.   Pada bentuk columnar / meman- jang, berhubungan dengan terjadinya per- pindahan panas. Pertumbuhan butir terpe- ngaruh oleh arah perpindahan panas dari daerah tengah ke arah logam induk seperti ditampilkan pada Gambar 4.  Untuk bentuk butir equiaxial berbutir kasar , terjadi di bagian tengah  yang menerima panas yang paling banyak karena proses pengelasannya berlapis-lapis dan dilakukan pemanasan berulang-ulang. Akibat menerima panas paling banyak maka pendinginan menjadi lambat dan laju pengintian butir menjadi lambat pula  dibandingkan pertumbuhan butir, sehingga  butir yang terbentuk menjadi kasar seperti ditampilkan pada Gambar 5.
Apabila  diamati      ukuran  butir  yang terjadi,  dari pengukuran diameter butir  yang dilakukan dengan menggunakan mikroskop optic  dan dilengkapi dengan Image  Pro &
Omnimet Advantage maka dihasilkan ukuran butir pada daerah logam  induk, HAZ dan logam lasan masing-masing mempunyai ukuran butir sebesar 13,5 µm ; 15,9  µm dan 19,4  µm .
Dari pemeriksaan mikrostruktur  dan bila dikaitkan dengan perubahan kekerasannya
dapat diketahui bahwa pada  logam induk , HAZ dan logam lasan masing-masing mempunyai bentuk butir cill , columnar dan equiaxial terlihat mempunyai niai kekerasan yang  semakin  rendah yakni masing-masing 66,4 RF;  56,8 RF dan 54,5 RF.
Gambar 5.   Mikrostruktur daerah batas antara                  Gambar 6. Mikrostruktur pada daerah HAZ logam induk dengan daerah lasan
Gambar 5.   Mikrostruktur daerah batas antara                 Gambar 6. Mikrostruktur pada daerah HAZ logam induk dengan daerah lasan
Gambar 7. Mikrostruktur pada daerah  loga lasan
Hal  lain  yang  terjadi  pada  proses pengelasan adalah teradinya pelelehan sebagian  logam induk yang bersinggungan dengan logam lasan sehingga terjadi  proses pelarutan.   Keadaan ini terlihat pada daerah perbatasan antara logam induk  dengan daerah lasan (Gambar 3). Peristiwa pelarutan menyebabkan  daerah tersebut mempunyai kompo-sisi yang berbeda  antara logam induk dengan  logam  pengisi.  Untuk mengetahui
distribusi unsur  yang terjadi akibat peristiwa pelarutan, diamati dengan menggunakan spektrometer EDS ( Energy Dispersive Spectroscopy ) seperti ditampilkan pada Tabel 2,  Gambar 1, 2 dan  3  pada  Lampiran.  Dari data  tersebut dapat dilihat perbandingan kendungan unsur-unsur paduan antara logam induk dengan HAZ  serta logam lasan. Terdapat perbedaan kandungan logam Si antara logam induk, HAZ dan logam lasan,
yang mana kandunga Si yang paling tinggi terdapat pada logam lasan  disebabkan terdapat  logam  pengisi  yang terlarut  dan mengandung unsur  Si  sekitar 4,5 % sampai dengan 6% berat.   Pada daerah HAZ,  kan- dungan Si lebih besar dari logam induk  yang disebabkan  terjadinya difusi atom-atom Si dari logam lasan ke daerah HAZ.   Selain itu, selama proses pengelasan   terjadi proses pelarutan oksigen yang akan membentuk
oksida pada logam lasan, yang mana pada percobaan ini  kandungan oksigen terbesar terdapat pada logam lasan.   Unsur Mg yang terdapat pada logam pengisi sekitar 0,05 % berat, tetapi pada saat pencairan logam dalam proses pengelasan  sebagian besar unsur Mg terbakar baik yang berasal dari logam pengisi maupun logam induk yang ikut mencair. Unsur Mg merupakan unsur yang mudah teroksidasi.
Tabel 2. Hasil analisis komposisi dengan menggunakan EDS Elemen Logam dasar (%  berat) Daerah terpengaruh panas  (HAZ) (% berat) Logam lasan (% berat) O 4,22 4,06 6,68 Mg 1,22 - - Al 94,05 94,36 83,18 Si 0,51 1,57 10,14 Total 100 100 100

## SIMPULAN
Dari    proses  pengelasan  paduan  Al- 6061 yang dilasan dengan teknik GTAW dengan logam pengisi Al-4043 dapat disimpulkan  bahwa,  kekerasan logam berkurang dari logam lasan ( wel metal) ke arah HAZ dan  logam induk, yakni masing- masing sebesar 66,4 RF; 56,8 RF; dan  56,8 RF. Hasil pemeriksaan mikrostruktur menun- jukkan dari logam  induk ke tengah/daerah lasan  terlihat masing-masing mempunyai bentuk butir cill , columnar dan equiaxial.
Sementara itu,  dari analisis komposisi unsur
dengan menggunakan EDS terlihat perbedaan kandungan logam Si antara logam induk, HAZ dan logam lasan, yang mana kandungan  Si yang paling tinggi terdapat pada logam lasan  yakni sebesar 10,14% berat. Untuk unsur  Mg, pada daerah lasan dan HAZ tidak terdapat unsur Mg. Dilihat kandungan unsur oksigen yang terbentuk sebagai oksida, maka unsur oksigen  terbesar terdapat pada logam lasan  yakni sebesar 6,68 % berat.

## DAFTAR PUSTAKA
1. HARSONO WIRYOLUKITO, TOSHIE OKUMURA, “Teknologi Pengelasan Logam”, Pradnya Paramita, 1991, cetakan kelima.
2.  CALLISTER , W.D, “ Material Science and Engineering an Introduction ”,
Fourth Edition, John Willey and Sons, Canada, 1997.
3.  POLMEAR,   Light Alloy,: ” Metallurgy
of the Light Metals” , 1988.
4. HART J,” Aluminum :  Properties and
Physical Metallurgy ,” American Society  f or Metals, Metals Park Ohio, 1983.

## LAMPIRAN
Tabel 1.  1 Komposisi material  logam paduan Al 6061 dan pengisi A- 4043 Klasanifikasi AWS 4043 6061 Si 4,5 – 6,0 0,4-0,8 Fe 0,8  0,7 Cu 0,3 0,15-0,4 Mn 0,05  0,15
Mg 0,05 0,8-1,2 Cr 0,04-0,05 Zn 0,1  0,25 Ti 0,2  0,25 Unsur lain Masing-masing 0,05 0,05 Total 0,15 0,15 Al Sisa  sisa
Gambar 1. Kurva intensitas  sinar terhadap persen berat unsur  pada logam induk
Gambar 2. Kurva intensitas  sinar terhadap persen berat  unsur pada logam lasan
Gambar 3. Kurva intensitas  sinar terhadap persen berat  unsur pada  HAZ