SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN LAS ALUMINIUM 6061

## HASIL FRICTION WELDING
Hendry Wicaksana S 1 , Santoso Mulyadi 2 , Ahmad Syuhri 2
1 Alumni Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember, Jl. Kalimantan 37 Jember 68121
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember, Jl. Kalimantan 37 Jember 68121
Email: Santosomulyadi32@yahoo.com

## ABSTRACT
The study of the interface mechanical strength of metal alloy friction welded is essential for increasing of the quality of bonding between two materials. In the present study the material is 6061 aluminium alloy and the variation are friction time and chamfer angle. The purpose is to increase the mechanical strength of aluminium 6061 friction welded by combining friction time parameter and chamfer angle. The friction time  variations  were 60 and 120 second.  Whereas  the  chamfer  angles  were 0 o , 30 o , 60 o .  The  joined aluminium  then  tensile  tested,  hardness  tested  and  also  observed  under  microscope.  The  result  of mechanical test  shows  that  the  variation 30 o /120 second  give  the  best  result  wich  the  Ultimate  Tensile Strength as value as 15.86 N/mm 2 and the brinell hardness as value as 92 BHN on Zud areas, 99 BHN on Zpd  areas  and  91  BHN  on  Zpl  areas . Microstructure  observation  shows  that  there  were  porosity  and crack on some testing spesimen.
Keyword Chamfer angle, friction time, friction welding, mechanical test, microstructure

## PENDAHULUAN
Aluminium  paduan  seri  6061  atau  Al-Mg-Si adalah  logam  yang  mempunyai  sifat  mampu  las  yang baik, kekuatan mekanik yang tinggi, serta tahan korosi. Aluminium  seri  6061  banyak  digunakan  sebagai komponen  mesin,  alat  berat,  serta  material  konstruksi gedung [1]. Namun penyambungan aluminium menggunakan  metode  las  fusi  menghasilkan  efisiensi sambungan  yang  rendah  [2]. Friction  welding adalah proses penyambungan solid
state
dimana penyambungan terjadi akibat gerakan relatif  antara dua benda  kerja  yang  akan  disambung  [3].  Sambungan terjadi  akibat  kontak  antara  benda  kerja  yang  diputar pada  rpm  tinggi  yang  digesekkan  dengan  benda  kerja yang  diam.  Dengan  penambahan  tekanan axial selama fase  gesekan,  temperatur  permukaan  benda  kerja  akan meningkat  hingga  mencapai  temperatur  plastis.  Setelah temperatur    plastis  tercapai  maka  putaran  dihentikan dan  tekanan axial ditambahkan  pada  benda  kerja. Kombinasi  antara  tekanan  dan  temperatur  tempa  akan membuat  benda  kerja  tersambung  [4].  Dengan  metode friction welding ini kita dapat melakukan penyambungan  dalam  waktu  yang  singkat  dengan sedikit energi [5]. Dari penelitian friction welding yang sudah dilakukan sebelumnya, [6] peneliti menggunakan sudut chamfer pada  satu  sisi  spesimen  aluminium paduan  (Al-Mg-Si)  yang  disambung  dengan  metal matriks komposit (Al-SiC). Hasilnya kekuatan tarik dari spesimen  yang  disambung  dengan  penambahan  sudut chamfer memiliki  kekuatan  yang  lebih tinggi dari pada spesimen  yang  disambung  tanpa  penambahan  sudut chamfer .    Terdapat  juga  penelitian  lain  yang  meneliti tentang  kekuatan  tarik  sambungan friction  welding Aluminium  A6061  dengan  variasi  sudut chamfer pada
dua  sisi  spesimen  [7].  Dengan  luas  kontak permukaan  yang  berbeda  kekuatan  tarik  maksimal dihasilkan  dari  spesimen  dengan  variasi  sudut kontak  30 o .    Penelitian  dengan  variasi  waktu  gesek telah  dilakukan  oleh  peneliti  terdahulu  [1]. Penelitian ini bertujuan meningkatkan kekuatan dari sambungan las aluminium 6061 dengan mengkombinasikan  parameter  waktu  gesek  dan sudut chamfer .

## METODOLOGI PENELITIAN
Material  yang  digunakan  pada  penelitian ini adalah silinder pejal aluminium paduan seri 6061 dengan komposisi kimia ditunjukkan pada Tabel 1. Pembuatan spesimen dikerjakan dengan menggunakan  mesin  konvensional,  dengan  ukuran seperti pada Gambar 1. Mesin yang digunakan pada penelitian  ini  adalah  mesin  bubut  aciera dengan memodifikasi chuck pada  kepala  lepas  yang berfungsi  sebagai  penahan  sekaligus  sebagai pengukur tekanan ketika  kedua benda kerja digesek dan  diberikan  tekanan.  Parameter  penelitian  ini disajikan  pada  Tabel 2.  Untuk  pengujian  tarik menggunakan  standar  ASTM  E8.  Sementara  untuk pengujian  kekerasan  Brinell  menggunakan  standar ASTM  E10  dengan  alat  uji universal  hardness tester . Dilakukan tiga kali pengulangan untuk setiap variasi  pengelasan  pada  pengujian  tarik  dan kekerasan.  Pengamatan  mikro  dilakukan  untuk mengamati  struktur  mikro  yang  terbentuk  pada bagian  sekitar  sambungan  yang  terbentuk  dengan menggnakan  Mikroskop  Olympus  U-MSSP4  pada perbesaran  100X.  Data  hasil  pengujian  mekanik yang  didapat  dari  alat  uji  diolah  dengan
menggunakan software Microsoft  Excel,  kemudian untuk  mempermudah  dalam  menganalisa  maka  data juga ditampilkan dalam bentuk grafik.
Tabel 1. Komposisi kimia Al 6061
Tabel 2. Parameter percobaan Friction welding Gambar spesimen (a)
Gambar spesimen (b)

## Gambar spesimen (c)
Gambar 1(a) Spesimen tanpa sudut chamfer , (b) Spesimen dengan sudut chamfer 30 o , (c) Spesimen dengan sudut chamfer 60 o

## HASIL PENELITIAN
Tabel 3. Hasil pengujian tarik
Tabel  3  menunjukkan  bahwa  hasil  pengujian tarik  untuk  variasi  parameter  waktu  gesek  60  detik mempunyai  karakteristik  yang  sama  dengan  variasi parameter  waktu  gesek  120  detik.    Rata-rata  kekuatan
tarik  maksimal  spesimen  dengan  variasi  parameter waktu gesek 120 detik lebih tinggi jika dibandingkan  dengan  rata-rata  kekuatan  tarik maksimal spesimen dengan variasi parameter waktu gesek  60  detik.  Untuk    variasi  sudut chamfer nilai kekuatan  tarik  maksimal  tertinggi  dihasilkan  dari spesimen  dengan  sudut chamfer 30 o ,  kemudian sudut chamfer 0 o ,  dan  spesimen  dengan  sudut chamfer 60 o menghasilkan  rata-rata  kekuatan  tarik terendah.
Tabel 4. Hasil pengujian kekerasan
Tabel  4  menunjukkan  bahwa  rata-rata kekerasan spesimen dengan variasi parameter waktu gesek  120  detik  lebih  tinggi  jika  dibandingkan dengan rata-rata  kekerasan  spesimen dengan variasi parameter  waktu  gesek  60  detik.  Untuk    variasi sudut chamfer nilai  kekerasan  tertinggi  dihasilkan dari spesimen dengan  sudut chamfer 30 o , kemudian sudut chamfer 0 o ,  dan  spesimen  dengan  sudut chamfer 60 o menghasilkan  rata-rata  kekerasan terendah. Daerah pengelasan yang memiliki kekerasan  rata-rata  tertinggi  adalah  daerah  Zpd, kemudian  daerah  Zud  dan  rata-rata  kekerasan terendah berada di daerah Zpl.

## PEMBAHASAN

## PENGAMATAN VISUAL
Gambar 2. Tampilan melintang dari hasil sambungan

## Friction welding
Hasil  sambungan  dari Friction  welding ditampilkan pada Gambar 2. Dari pemeriksaan hasil penyambungan secara  visual  dapat diketahui bahwa hasilnya  simetris.  Dua  buah  benda  kerja  yang  telah tersambung kaku seperti disambung dengan menggunakan metode pengelasan fusi.
Gambar  2  menunjukkan  bahwa  pada daerah  lasan  terbentuk upset.  Upset adalah  bagian logam  yang  mengalami  deformasi  plastis  akibat terjadinya temperatur yang tinggi dari gesekan antar permukaan  dan  tekanan  yang  diberikan.  Gambar  2 mengindakisan bahwa upset terbentuk dengan bagus karena kedua permukaan spesimen mampu mengalir keluar.  Besar  kecilnya upset yang  terbentuk  juga
dapat  mengindikasikan  kondisi  pengelasan  dan  hal  ini juga  berpengaruh  pada  kualitas  sambungan.  Selain  itu makin besar upset yang terbentuk maka panjang sampel uji juga akan berkurang [2].

## PENGUJIAN TARIK
Gambar 3. Grafik rata-rata UTS
Gambar  3  menunjukkan  hasil  pengujian  tarik hasil  sambungan friction  welding .  Spesimen  yang menghasilkan  kekuatan  tarik  maksimal  (UTS)  tertinggi adalah  spesimen  dengan  variasi  30 o /120  detik  dengan nilai kekutan tarik maksimal sebesar 15.86 N/mm 2 .
Gambar 4. Bentuk patahan spesimen hasil uji tarik
Gambar 5. Bentuk permukaan patahan hasil uji tarik
Spesimen  yang  tidak  memiliki  sudut chamfer, material  plastis  yang  terjauh  dari  titik  pusat  akan terdorong  keluar  dan  mengurangi  luasan  daerah lasannya.  Peningkatan  kekuatan  tarik  pada  spesimen dengan  sudut chamfer 30 o diakibatkan  karena  material plastis  hasil  dari  fase  gesekan  tidak  seluruhnya terdorong  keluar  melainkan  mengisi  sudut chamfer sehingga akan meningkatkan daerah lasannya. Sementara  pada  sudut chamfer 60 o terjadi  penurunan kekuatan. Sudut chamfer yang semakin besar  membuat material  plastis  semakin  banyak  terdorong  ke  belakang daerah  pengelasan,  sehingga  daerah  lasan  yang terbentuk juga semakin sempit. Efisiensi  kekuatan tarik  maksimal  tertinggi  (UTS)  yang  didapatkan  dari hasil  pengelasan  dengan  metode friction  welding ini mencapai  48%  dibandingkan  dengan  nilai  kekuatan tarik  maksimal  (UTS)  dari base  metal .  Nilai  UTS  dari
base metal mencapai 32.61 Kgf/mm 2 sementara nilai UTS  hasil  pengelasan  dengan  metode friction welding menghasilkan  kekuatan  sebesar  15.8 Kgf/mm 2 .  Penurunan  kekuatan  tarik  spesimen  hasil penyambungan  ini  diakibatkan  oleh  panas  yang terjadi  di  daerah  sambungan  las  pada  saat  proses pengelasan.  Semakin  tinggi  panas  yang  dikenakan pada  material  aluminium  6061  maka  kekuatan tariknya  akan  menurun  [8].  Gambar  4  dan  5 menunjukkan  karakteristik  patahan  spesimen  uji tarik.

## PENGUJIAN KEKERASAN
Pengujian  kekerasan  dilakukan  pada  tiga daerah  pengelasan  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar 6. Sementara hasil pengujiannya ditunjukkan pada Tabel 3 dan Gambar 7.
Gambar 6. Ilustrasi daerah pengujian kekerasan
Gambar 7. Grafik hasil pengujian kekerasan
Gambar 7 menunjukkan rata-rata kekerasan spesimen.  Secara  keseluruhan  hasil  pengujian kekerasan  tertinggi  terdapat  pada  variasi  parameter pengelasan 30 o /120 detik. Sementara hasil pengujian kekerasan terendah terdapat pada variasi pengelasan 60 o /60 detik. Hasil pengujian kekerasan menunjukkan  bahwa  penggunaan  sudut chamfer yang tepat dan waktu gesek yang semakin lama akan menghasilkan  nilai  kekerasan  yang  optimal.  Hal  ini dapat  terjadi  karena heat  input yang  terjadi  selama proses  pengelasan  akan  mempengaruhi  struktur metalurgi AA 6061 terutama di daerah Zpd. Struktur mikro pada daerah Zpd akan mengalami penghalusan butir ( grain growth ), dimana butir akan semakin  rapat  dan  jumlah  batas  butir  meningkat, secara  tidak  langsung  mengakibatkan  butir-butirnya jadi lebih halus dibandingkan dengan butir pada AA 6061 sebelum dilakukan proses pengelasan. Peningkatan  nilai  kekerasan  pada  daerah sekitar sambungan las disebabkan karena mikrostruktur  yang  terbentuk  lebih  kecil  daripada mikrostruktur base  metal .  Semakin  kecil  ukuran butir  berarti  semakin  banyak  jumlah  butir.  Jumlah butir  yang  semakin  banyak  mengakibatkan  area
batas  butir  semakin  luas  sehingga  semakin  banyak terjadi  mekanisme pile  up atau  penumpukan  dislokasi pada  batas  butir  akibatnya  material  menjadi  semakin keras.  Semakin  banyak  batas  butir  maka  pergerakan dislokasi akan semakin sulit atau terhambat [4].

## PENGAMATAN MIKRO
Mikrostruktur  dari  setiap  daerah  pengelasan diamati menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran  100  X.  Pengamatan  mikro  ini  dilakukan pada daerah sambungan las dan daerah sekitarnya. Hasil foto  mikro  masing-masing  hasil  pengelasan  dari  setiap variasi ditampilkan pada Gambar 8.
Dari  hasil  foto  mikro  terlihat  daerah  gelap disekitar  daerah  sambungan  lasannya.  Daerah  gelap tersebut  merupakan  bagian  dari  spesimen  yang mengalami  deformasi.  Pada  Gambar  8a  terlihat  adanya porositas  pada  daerah  lasan.  Hal  ini  disebabkan  karena gas  hidrogen  tidak  dapat  terdorong  keluar  pada  saat pengelasan  terjadi.  Pada  saat  temperatur  pengelasan tinggi,  gas  hidrogen  yang  berasal  dari  sekeliling  akan mudah larut ke dalam logam pada derah lasan. Apabila logam  pada  daerah  lasan  ini  membeku,  gas  hidrogen yang  terlarut  akan  terjebak  di  dalam  daerah  lasan sehingga menyebabkan timbulnya porositas.
Gambar 8. Foto mikro sambungan spesimen (a) 0 o /60 detik,
(b) 30 o /60 detik, (c) 60 o /60 detik, (d) 0 o /120 detik, (e ) 30 o /120 detik, (f) 60 o /120 detik
Gambar 8 menunjukkan terdapat material yang mengalami crack (retak). Crack dapat  terjadi  karena pemanasan  awal  yang  kurang  atau  laju  pendinginan yang  cepat.  Paduan  aluminium  seri  6061  akan menghasilkan  senyawa  karbida  Mg 2 Si.  Mg 2 Si  adalah senyawa  yang  tidak  dapat  larut  dan  tampak  sebagai partikel  hitam  yang  terdispersi  merata  pada  matrik aluminium  yang  berwarna  putih.  Dari  hasil  foto  mikro dapat  diketahui  bahwa  senyawa  partikel  Mg 2 Si  banyak tersebar pada daerah HAZ dan daerah base metal .

## KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  yang  dilakukan  dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Waktu  gesek  dan  sudut chamfer berpengaruh terhadap  kekuatan  tarik  hasil  sambungan  las gesek  pada  Aluminium  6061.  Hasil  pengujian tarik  tertinggi  diperoleh  dari  variasi  30 o /120 detik  dengan  nilai  sebesar   15.86  Kgf/mm 2 . Sementara  hasil  pengujian  tarik  terendah diperoleh  dari  variasi  60 o /60 detik  sebesar  5.16
Kgf/mm 2 .
2. Waktu  gesek  dan  sudut chamfer berpengaruh terhadap  kekerasan  hasil  sambungan  las  gesek pada  Aluminium  6061.  Hasil  pengujian kekerasan  tertinggi  diperoleh  dari  variasi 30 o /120  detik  dengan  nilai  masing-masing Zud 92  BHN, Zpd 99  BHN  dan Zpl 91  BHN.
Sementara  hasil  pengujian  kekerasan  terendah diperoleh  dari  variasi  60 o /60  detik  sebesar dengan  nilai  masing-masing Zud 79  BHN, Zpd 80 BHN dan Zpl 74 BHN.
3. Pada  struktur  mikro  hasil  sambungan  las  gesek pada  Aluminium  6061  untuk  variasi  waktu gesek 60 detik  menunjukkan adanya crack . Hal ini menandakan bahwa pemanasan untuk waktu gesek 60 detik masih kurang. 4. Secara  keseluruhan  sifat  mekanis  yang  paling baik dari hasil penelitian pengelasan Aluminium  6061  dengan  metode Friction welding terjadi pada variasi 30 o /120 detik.

## SARAN
Saran  yang  dapat  diajukan  agar  percobaan berikutnya dapat lebih baik dan dapat menyempurnakan  percobaan  yang  telah  dilakukan dalam penelitian ini adalah : 1. Perlu  adanya  pengembangan  penelitian lanjutan  untuk  metode  lain  dari  aspek thermodinamika,  manufaktur,  desain  dan material. 2. Perlu  dilakukan  pengujian  lain  seperti pengamatan  SEM/TEM,  uji impact, uji bending, uji XRD dan lain-lain.
3. Disarankan  menggunakan  mesin  kerja  dan alat  bantu  dengan  kemampuan  yang  lebih tinggi  agar  mampu  mencapai  hasil  yang lebih baik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Darsin,  M.,  Sutjahjono,  H.,  Hadi  A.  2013. “Mechanical  Properties  and  Micro  Structure  of Aluminum Alloys  [Al-Mg-Si]  as  Results  of  Variation Time  in Friction  welding ”.  International  Symposium on Mechanical and Maritime Engineering 2013.
[2] Kato H, K dan Tokisue, H. 1994. “Properties of 6061 aluminium  alloy  friction  welded  joints”.  Welding International1994 8(11)863-8
[3]
Uday, M. B., et. al. 2011. “Effect of welding speed on mechanical  strength  of  friction  welded  joint  of  YSZ– alumina  composite  and  6061  aluminum  alloy”.
Materials  Science  and  Engineering  A528  (2011)  4753– 4760.
[4] Ahmad  Fauzi,  M.  N.,  et.  al.  2009.  “Microstructure  and mechanical  properties  of  alumina-6061  aluminum  alloy joined  by Friction  welding ”.  Materials  and  Design  31 (2010) 670–676.
[5] Isshiki,  Y.,  et.  al.  2007.  “Numerical  analysis  of  transient temperatur  characteristic  of Friction  welding in  6061 aluminium alloy”. Welding International Vol. 22, No. 10, October 2008, 693–700.
[6] Lin,  C.B.,  et.  al.,  1999.  “The  Effect  of  Joint  Design  and Volume  Fraction  on Friction  welding Properties  of
A360/SiC  Composites”.  Welding  Journal  78(3),  (1999), 100-108.
[7] Irawan,  Y.S.,  Wirohardjo,  M.,  Syamsul  M,  M.  2012. “Tensile Strength of Weld Joint Produced by Spinning Friction  welding of  Round  Aluminum  A6061  with Various Chamfer Angles”.  Advanced  Materials Research Vol. 576 (2012) pp 761-765
[8] Maisonnette,  D.,  et.  al.  2010.  “Effects  of  heat treatments  on  the  microstructure  and  mechanical properties  of  6061  aluminium  alloy”.  Materials Science and Engineering Axxx (2010) xxx–xxx.