## PENGARUH WAKTU GESEK FRICTION WELDING TERHADAP KARAKTERISASI BAJA AISI 1045 DENGAN SUDUT CHAMFER 15 o
Riko Septian 1 , Gaguk Jatisukamto 2 , Salahuddin Junus 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: Gagukjt@gmail.com

## ABSTRACT
Friction welding is a technique by rubbing between two metal surfaces to produce a heat source, causing the  union  between  the  two  metal  surfaces  without  using  filler  metal.  The  purpose  of  this  research  is  to improve the mechanical strength of metal  welded joints 1045. The research method is done by rubbing between the two metal surfaces with the time variation of friction 25 seconds, 35 seconds, 45 seconds and 55 seconds. Friction time in 45 seconds able to get the highest tensile strength about 703,835 N/mm 2 and get fracture in main metal. In other, at the time of friction 25 seconds reach its low tensile strength about 429,671 N/mm 2 and  occured  a  fracture  in  connection  welds.  Best  hardness  distribution  obtained at  the time  of  friction  55  seconds  with  a  value  of  270  BHN  in  hardness  weld  metal,  the  hardness  value  inleft part of HAZ reach 252 BHN and hardness value of right part of HAZ reach 247.6 BHN. Lowest hardness obtained at Friction time in 25 seconds with welding metal hardness of 250 BHN, hardness value in left side  HAZ  reach  240.3  BHN  and  the  right  sideof  reach  236.6  BHN.  Time  friction  affect  to  the microstructure  and  mechanical  properties  of  AISI  1045.  Smaller  crystal  structure  will  be  block  the movement  of  the  dislocation,  so  that  the  mechanical  properties  of  the  metal  are  getting  better,  and conversely when crystal structuresare formed getting greater, the mechanical properties of the material will decreases.
Keywords: friction welding, friction time, tensile strength, hardness, metallography.

## PENDAHULUAN
Penyambungan  logam  dengan  cara  las  banyak diterapkan  dibeberapa  pekerjaan  manufaktur.  Metode yang  digunakan  adalah  las SMAW ,  las Oxy  Acetylene , las TIG ,  las  gesek  dan  lain  sebagainya.  Pengelasan metode SMAW digunakan  untuk  penyambungan  plat dan  benda  datar.  Las SMAW tidak  cocok  untuk pengelasan  benda  pejal  [1]  Penyambungan  benda  pejal sangat cocok menggunakan las gesek. Las gesek adalah pengelasan  dengan  sumber  panas  diperoleh  dari gesekan tanpa menggunakan bahan penambah. Sambungan antara kedua material mempunyai sambungan  yang  homogen,  aplikasinya  digunakan untuk  mengelas  poros  dan  komponen  tubular  [2].  Las gesek  berhasil  menekan  biaya  proses  pengelasan menjadi  lebih  murah,  berkualitas,  permukaan  las  yang dihasilkan  rata,  tidak  ada  silauan  busur  nyala  pada fusion ,  dan  dapat  menyambung  dua  buah  logam  yang berbeda [3]. Logam yang perlu diteliti pada sambungan las  gesek  adalah  baja  AISI  1045.  Baja  AISI  1045 merupakan logam yang terdiri dari perlit dan ferit. Ferit terdistribusi  sepanjang  batas  butiran  perlit  secara homogen,  logam  ini  memiliki  sifat  mekanik  yang unggul  dalam  kekerasan  dan  juga  memiliki  keuletan yang cukup baik [4]. Baja AISI 1045 mempunyai kadar karbon  0,45  %,  tergolong  sebagai  baja medium .
Aplikasinya,  sebagai  poros  kendaraan,  skrup, crankshaft, car axels, boilers, auger bits, screwdrivers dan  lain  sebagainya.  Baja  AISI  1045 harus  mempunyai  ketahanan  aus  yang  baik,  karena sesuai  dengan  fungsinya  harus  mampu  menahan keausan akibat gesekan. Ketahanan aus didefinisikan  sebagai  ketahan  terhadap  abrasi  atau ketahanan  terhadap  pengurangan  dimensi  akibat suatu  gesekan.  [5] Penelitian  ini  bertujuan meningkatkan  kekuatan  dari  sambungan  logam  las AISI  1045  dengan  mengkombinasikan  parameter waktu gesek dengan sudut chamfer 15 o .

## METODOLOGI PENELITIAN
Material  yang  digunakan  dalam  penelitian ini  adalah  Baja  AISI  1045.  Benda  kerja  berbentuk poros  pejal,  dengan  diameter  16  mm,  dan  kedua ujung  benda  kerja  yang  akan  disambung  dibentuk chamfer 15 o seperti  pada  Gambar  1.Proses pengelasan  gesek  dimulai  dengan  menggesekkan kedua material yang akan disambung dan dilanjutkan  penekanan  tempa.  Penjelasan  tentang kedua proses ini sebagai berikut:
Spesimen  yang  telah  sesuai  ukuran  dicekam  pada alat pencekam yang terpasang pada kepala lepas dan
rotating  chuck, mesin  dinyalakan  dengan  kecepatan 3000  RPM,  lalu  diberi  tekanan  gesek  sebesar  5  MPa, kemudian  menghitung waktu gesek  sesuai  variasi  yang telah  ditentukan,  masing-masing  selama  25  detik,  35 detik,  45  detik  dan  55  detik.  Setelah  waktu  terpenuhi maka  mesin dimatikan dan dilakukan pengereman agar putaran  berhenti,  kemudian  spesimen  ditekan  sebesar 35 MPa dan ditahan selama 30 detik. Spesimen dilepas dari  mesin  dan  dibersihkan.  Pengujian  tarik  pada penelitian  ini  menggunakan standar ASTM  E8/E8M, dan  pengujian  kekerasan menggunakan  standar  ASTM E10  dengan  alat  uji universal  hardness  tester . Dilakukan  tiga  kali  pengulangan untuk  setiap  variasi pengelasan  pada  pengujian  tarik  dan kekerasan. 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. Pengujian metalografi menggunakan Mikroskop Olympus U-MSSP4 pada perbesaran 400X.
Gambar Spesimen (a)
Gambar Spesimen (b)
Gambar 1 Gambar Spesimen. (a) 2 Spesimen dengan panjang 200 mm dan sudut chamfer 15 o , (b) Spesimen dengan sudut chamfer 15 o

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Sambungan las gesek dan Analisa Visual
Analisa  secara  visual  menunjukkan  bahwa penyam-bungan  logam  baja  AISI 1045 dengan cara  las gesek  mendapatkan  hasil  simetris.  Gambar  4.1  adalah dokumentasi  penelitian  ini  dengan  logam  baja  AISI 1045  dari  sisi  melintang  hasil  sambungan  las  gesek. Dua  buah  logam  tersebut  tersambung  kuat  membentuk upset yang  menjadi  salah  satu  pembeda  dengan sambungan pengelasan fusion .
Gambar 2 Tampilan Penampang Horisontal dari Sambungan Las Gesek
Upset adalah  bagian  logam  yang  mengalami deformasi  plastis  akibat  terjadinya  temperatur  yang
tinggi  dari  gesekan  antar  permukaan  dan  tekanan yang diberikan [6]. Waktu gesek dan tekanan tempa pada  pengelasan  menghasilkan  dimensi upset yang bervariasi,  semakin  besar  tekanan  tempa  maka semakin  besar upset  yang dihasilkan,  namun  makin besar upset yang terbentuk maka panjang sampel uji semakin  berkurang.  Gambar  2  menunjukkan  bahwa upset terbentuk di daerah sekitar hasil sambungan .
Variasi  waktu  gesek  25  detik,  35  detik,  45 detik  dan  55  detik  menghasilkan  sambungan  yang berbentuk upset . Upset yang  terbentuk  dari pengelasan ini secara visual mempunyai luasan yang berbeda  pada  setiap  variasi.  Gambar  2  merupakan hasil  sambungan  dengan  variasai  waktu  gesek  55 detik.

## Pengujian Tarik dan Kekerasan
Variasi  waktu  gesek  sangat  mempengaruhi kekuatan  tarik,  kekerasan,  metalografi  sambungan las gesek. Syarat untuk mendapatkan sambungan las yang baik adalah mencapai temperatur tempa, untuk mendapatakan  temperatur tersebut  maka  diperlukan waktu  gesek  yang  tepat.  Berdasarkan  grafik  1, waktu  gesek  mempengaruhi  kekuatan  tarik,  dan kekerasan,  pada  material  baja  AISI  1045  yang dilakukan pengelasan gesek,.
Grafik 1 Korelasi antara waktu gesek, kekuatan tarik dan kekerasan.
Variasi waktu gesek 45 detik mendapatkan kekuatan  tarik  tertinggi  dari  variasi  waktu  gesek lainnya.  3  sampel  benda  uji  hasil  dari  las  gesek variasi  waktu  gesek  45  detik  patah  pada  logam induk,  karakteristik  perpatahan  yang  terjadi  adalah patah  ulet.  kekuatan  tarik  maksimum  yaitu  703,835 N/mm 2 hampir  setara  dengan  kekuatan  tarik  logam
induk  yang  mencapai  705  N/mm 2 .  Faktor-faktor  yang menyebabkan  kekuatan  tarik  variasi  gesek  45  detik mendapatkan hasil terbaik yaitu panas yang didapatkan memenuhi  temperatur  waktu  gesek,  tidak  adanya porositas pada sambungan, sambungan  yang dihasilkan simetris, daerah weld  metal lebar. Semakin  luas daerah weld  metal maka  sambungan  yang  terbentuk  semakin baik  dan  kekuatannya  bertambah  [7] . Hasil  proses  las gesek dikatakan baik bila pada sambungan rapat dengan kontak  yang  sempurna,  batang  hasil  sambungan  lurus segaris,  dan  hasil  kekuatan  menyamai  kekuatan  logam induk. Hasil yang tidak baik bila pada sambungan tidak tersambung  atau  terdapat  cacat  dan  kekuatanya  di bawah kekuatan logam induk [1].
Variasi  waktu  gesek  25  detik  mendapatkan kekuatan  tarik  rata-rata  terendah  dari  variasi  waktu gesek lainnya yaitu 429,671 N/mm 2 3 Sampel benda uji tarik  hasil  dari  las  gesek  variasi  waktu  gesek  25  detik patah  pada  sambungan  las,  karakteristik  perpatahan yang  terjadi  adalah  patah  getas.  Parameter  ini menunjukkan  bahwa  variasi  waktu  gesek  25  detik memperoleh  hasil  yang  kurang  maksimal,  kekuatan sambungan  menghasilkan  kekuatan  dibawah  logam induk. Faktor yang menyebabkan kekuatan tarik kurang maksimal  adalah  panas  yang  didapatkan  tidak memenuhi  temperatur  las  gesek,  sehingga  daerah weld metal sempit,  dan  temperatur  yang  belum  memenuhi proses  akhir  atau  tekanan  tempa  akan  menyebabkan atom  tidak  mampu  berikatan  dengan  bagus  didaerah interface atau deformasi kurang  maksimal saat tekanan tempa dilakukan.
Distribusi  kekerasan  terbaik  didapat  pada waktu gesek 55 detik dengan nilai kekerasan logam las 270  BHN,  kekerasan  bagian  kiri  HAZ  252  BHN  dan kekerasan  bagian kanan HAZ  nilai kekerasannya  247,6 BHN. Kekerasan terendah didapat pada variasi gesek 25 detik  dengan  nilai  kekerasan  logam  las  250  BHN, kekerasan  bagian  kiri  HAZ  240,3  BHN  dan  kekerasan bagian kanan HAZ nilai kekerasannya 236,6 BHN

## Metalografi
Las  gesek  dikatakan  mendapatkan  hasil  yang baik  apabila  pada  sambungan  logam  menyatu  antara rotating  chuck dan non  rotating  chuck ,  batang  hasil sambungan  simetris,  dan  hasil  kekuatan  menyamai kekuatan  logam  induk. Hasil  yang tidak  baik  bila pada sambungan  tidak  tersambung, hasil  sambungan  terjadi pada  garis  yang  eksentris, hasil  sambungan  terdapat cacat, hasil  sambungan  pada  daerah  interface  terdapat inklusi  berupa  oksida atau  porositas,  dan hasil sambungan kekuatanya dibawah kekuatan logam induk.
Semakin  luas  daerah weld  metal maka sambungan  yang  terbentuk  semakin  baik  [7].  Dalam penelitian  ini,  untuk  mendapatkan  daerah weld  metal semakin  luas  maka  diperlukan  panas  yang  semakin tinggi.  Panas  akan  semakin  meningkat  seiring  dengan bertambahnya  waktu  gesek.  Namun  waktu  gesek  yang melebihi batas optimum akan memperlebar daerah HAZ dan akan menurunkan kekuatan mekanik material.

## Gambar 3 Foto mikro sambungan spesimen (a) HAZ, (b) Weld Metal
Pengamatan  ini  sejalan  dengan  penelitian  Iswar, Proses pengelasan yang berlangsung lama mengakibatkan daerah permukaan benda kerja yang dilas  menjadi  lebih  rapuh karena  terjadinya pemanasan  yang berlebihan  begitu  pula  dengan daeah  HAZnya akan  semakin  besar  sehingga berpengaruh  terhadap  sifat  mekanis  bahan yang dilas [8].
Gambar 3 merupakan foto mikro sambungan logam hasil dari las gesek pada masing- masing  variasi  waktu  gesek.  Masing-masing  variasi waktu  gesek  mendapatkan  struktur  mikro  yang berbeda. Hasil dari foto mikro variasi gesek 25 detik seperti  Gambar  3,  mendapatkan  hasil  foto  mikro dengan  luasan  daerah weld  metal lebih  sempit dibanding  variasi gesek  lainnya. Faktor utama  yang menyebabkan  hasil  kekuatan  tarik  dan  kekerasan paling rendah dari variasi waktu gesek lainnya yaitu weld metal yang sangat sempit. Variasi waktu gesek 25 detik tergolong waktu gesek yang sangat singkat, variasi  tersebut  tidak  memenuhi  temperature maksimum  dalam  proses  penekanan  lanjut  atau tekanan  tempa,  dalam  pengujian  tarik  variasi  ini patah  dibagian  sambungan  logam  las. L uas  daerah weld  metal yang  terbentuk  sempit karena  waktu gesek  yang  diberikan  sangat  singkat,  yang  akan menurunkan  kekuatan  mekanik,  walaupun  luas daerah HAZ relatif kecil. Luasan daerah weld metal menunjukkan seberapa besar material dapat menyatu  satu  sama  lain  selama  proses  pengelasan berlangsung dan seberapa besar kekuatan sambungan yang terbentuk [9].
Mikrostruktur variasi waktu gesek 35 detik terlihat  pada  Gambar  3.  Variasi  waktu  gesek  35 detik  memiliki  kekuatan  tarik  diatas  variasi  waktu gesek 25 detik dan 55 detik. Jika kita lihat hasil foto mikro  daerah yang mempengaruhi  kekuatan mekanik  yaitu weld  metal lebih  lebar  dari  pada variasi waktu gesek 25 detik. luas daerah weld metal lebih  lebar  dikarena  waktu  gesek  yang  diberikan lebih  lama  dibanding  waktu  gesek  25  detik, sehingga  kekuatan  yang  dihasilkan  lebih  tinggi, meskipun tidak mencapai kekuatan tarik terbaik dari variasi  lainnya.  Struktur  butir  yang  dihasilkan  dari variasi  waktu  gesek  35  detik,  tergolong  acak  dan
daerah  perbatasan  antara weld  metal dengan  logam yang terkena panas HAZ strukturnya terlihat menggumpal,  tidak  terdeformasi  oleh  tekanan  tempa, sehingga butir yang dihasilkan cenderung lebar. Sampel benda uji tarik  hasil dari  las gesek variasi waktu gesek 35  detik  patah  pada  daerah  perbatasan  antara sambungan logam dan HAZ.
Mikrostruktur  variasi  waktu  gesek  45  detik terlihat  pada  Gambar  3.  Variasi  waktu  gesek  45  detik mendapatkan kekuatan tarik tertinggi dari variasi waktu gesek  lainnya,  dan  juga  mendapatkan  kerasan  jauh diatas  logam  induk.  3  sampel  benda  uji  tarik  hasil  dari las  gesek  variasi  waktu  gesek  45  detik  patah  pada logam induk, parameter ini menunjukkan bahwa variasi waktu  gesek  45  detik  memperoleh  hasil  sambungan yang  baik.  Jika  kita  lihat  hasil  foto  mikro  daerah  yang mempengaruhi  kekuatan  mekanik  yaitu weld  metal tergolong lebar. Pada variasi ini panas yang didapatkan memenuhi  temperatur  tempa sehingga  kekuatan  yang dihasilkan hampir setara dengan kekuatan logam induk. Struktur  yang  didapat  dari  variasi  45  detik  tergolong halus  dan  seragam,  butir  yang  halus  akan  menambah batas  butir  sehingga  peluang  terjadinya  dislokasi semakin  kecil  dan  kekerasan  pada  material  akan menjadi meningkat.
Dari  gambar  diatas  dapat  kita  korelasikan antara  kekuatan  mekanik  dengan  gambar  metalografi, dan dapat kita bandingkan antara variasi gesek 25 detik, 35 detik dan 45 detik. Semakin bertambah waktu gesek maka  temperaturnya  akan  semakin  tinggi,  ketika mencapai  temperatur  diatas  rekristalisasi  maka  sifat mekanik  dari  baja  akan  berubah,  butir  pada  material semakin  membesar  dan  daerah weld  line melumer sempurna,  pada  saat  temperature  tersebut  dilakukan tekanan  tempa  sehingga  atom-atom  akan  saling berikatan juga butir akan semakin padat dan seragam.
Mikrostruktur  variasi  waktu  gesek  55  detik terlihat  pada  Gambar  2.  variasi  55  detik  merupakan variasi  waktu  gesek  paling  lama,  variasi  ini  mampu mencapai temperature optimum sehingga hasil kekuatan tarik tidak patah pada daerah sambungan,  namun patah pada  daerah  HAZ.  Pada  variasi  gesek  55  detik didapatkan  kekerasan  paling  tinggi  didaerah  logam induk,  daerah  HAZ,  dan  daerah  sambungan  las dibanding  variasi  gesek  lainnya.  parameter  ini menunjukkan  bahwa  variasi  waktu  gesek  55  detik mampu  mencapai  temperature  tempa,  dan  memperoleh hasil  sambungan  yang  baik.  Jika  kita  lihat  hasil  foto mikro  daerah  yang  mempengaruhi  kekuatan  mekanik yaitu weld metal terbentuk lebih lebar dibanding variasi waktu gesek lainnya namun kekuatan material dibawah kekuatan tarik  logam  induk. Faktor yang  menyebabkan kekuatan  tarik  dibawah  logam  induk  adalah  kekuatan didaerah  HAZ  sangat  rendah.  Masukan  panas  pada variasi  waktu  gesek  55  detik  sangat  tinggi  dan  terlalu lama,  sehingga  temperature  yang  tinggi  tersebut menyebabkan pelebaran daerah HAZ.

## Kesimpulan
1.  Waktu  gesekan pada las  gesek  mempengaruhi  sifat mekanik  logam  AISI  1045.  Waktu  gesek 45  detik
mendapatkan kekuatan  tarik  tertinggi  yaitu 703,835  patah  pada  logam  induk  dan  waktu gesek  25  detik  mendapatkan  kekuatan  tarik terendah  yaitu  429,671  patah  pada  sambungan lasan.
2.  Distribusi  kekerasan  terbaik  didapat  pada  waktu gesek 55 detik dengan nilai kekerasan logam las 270 BHN, kekerasan bagian kiri HAZ 252 BHN dan  kekerasan  bagian  kanan  HAZ  nilai kekerasannya  247,6  BHN.  Kekerasan  terendah didapat pada variasi gesek 25 detik dengan nilai kekerasan logam las 250 BHN, kekerasan bagian kiri  HAZ  240,3  BHN  dan  kekerasan  bagian kanan HAZ nilai kekerasannya 236,6 BHN.
3. Waktu gesek berpengaruh terhadap struktur mikro dan  sifat  mekanik  logam  AISI  1045.  Strktur kristal  atau  besar  butir  semakin  kecil  akan menghambat  gerakan  dislokasi,  sehingga  sifat mekanik  logam  menjadi  semakin  baik,  dan sebaliknya  semakin  besar  butir  yang  terbentuk maka  sifat  mekanik  material  semakin  menurun. Daerah weld  metal semakin  luas  maka  sifat mekanik material semakin baik dan daerah weld metal semakin  sempit  maka  sifat  mekanik material  semakin  menurun.  Daerah  HAZ semakin  luas  maka  sifat  mekanik  material semakin  menurun,  dan  daerah  HAZ  semakin sempit  maka  sifat  mekanik  material  semakin baik.

## Saran
1. Perlu adanya pengembangan penelitian lanjut dari aspek thermodinamika, desain dan manufaktur.
2.  Perlu  dilakukan  pengujian-pengujian  lain  seperti pengamatan  SEM, uji banding uji impact ,  uji XRD, dan lain-lain..

## Daftar Pustaka
[1] Tiwan  dan  Aan,  Ardian.  Peelitian.  2005 “ Penyambungan Baja AISI 1040 Batang Silinder Pejal Dengan Friction Welding ”  Tidak Diterbitkan. Yogyakarta : Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Yogyakarta
[2]  Mercan,  Serdar,  et  al  2015. Effect  of  welding parameters  on  the  fatigue  properties  of dissimilar  AISI  2205  -  AISI  1020  joined  by friction welding. International Journal of Fatigue (2015), doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2015.07. 023
[3]  Istiawan, Hoppy. 2014. Tesis. Pengaruh Putaran dan Temperatur Terhadap Kekuatan Sambungan Las  Hasil  Frictioon  Welding  Antara  Baja  aisi 1045 Dengan Baja Tahan Karat aisi 316L Tidak Diterbitkan.  Makassar  :  Jurusan  Teknik  Mesin  /
Konstruksi  Mesin  Fakultas  Teknik  Universitas Hasanuddin Makasar.
[4] Ma, Hong, et al . 2015. Microstructure characterization  and  properties  of  carbon  steel  to stainless  steel  dissimilar  metals  joint  made  by friction welding 10.1016/j.matdes.2015.07.068
[5]  Avner,  S.  H,  1964  “ Introduction  to  physical metallurgy”. Mc. Graw-Hill, New York
[6]  Jenney,  Cynthia  L.,  O’Brien,  Annette.  2001. Welding  Hand  book  Ninth  Edition  Volume  1 Welding  Science  and  Technology .  United  States  of America : American Welding Society.
[7]  Lin, C. B., et. al. The Effect of Joint Design and Volume Fraction on Friction. Welding Properties  of  A360/SiC  Composites,  Welding Journal 78(3), (1999), 100-108.
[8] Iswar,  Muhammad.  2012. Pengaruh  Variasi Parameter Pengelasan (Putaran dan Temperatur)  Terhadap  Kekuatan  Sambungan
Las  Hasil  Friction  Welding  Pada  Baja  Karbon Rendah.  Jurnal  Mekanikal ,  Vol.  X  No.  X: Januari 2012: 254-260
[9]  Kuswandi,  Ari.  Skripsi.  2010.  “ Pengaruh Friction  Time  Terhadap  Kekuatan  Impak Sambungan Las Gesek Pada Paduan Al-Mg-Si. ”
Tidak  Diterbitkan.  Malang  :  Jurusan  Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya.