Infotekmesin Vol.
No.
Januari 2025 p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 DOI: 10.
35970/infotekmesin.
2531, pp.
Pengaruh Quenching Terhadap Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Baut Connecting Rod Bekas Untuk Alat Gesek FSW Wahyu Ari Putranto1*.
Khaeroman2.
Susanto3.
Deri Herdawan4.
Noviarianto5
1, 2,3,4,5
Jurusan Teknika.
Politeknik Maritim Negeri Indonesia Jln.
Pawiyatan Luhur I/1 Bendan Duwur.
Semarang 50233.
Indonesia E-mail: wahyu_ap@polimarin.
id1, khoer@polimarin.
id2, susanto@polimarin.
deriherdawan@polimarin.
id4, novi@polimarin.
1,2,3,4,5
Abstrak Info Naskah:
Naskah masuk: 21 November 2024 Direvisi: 27 Desember 2024 Diterima: 11 Januari 2024 Salah satu metode penyambungan logam lunak seperti aluminium yang banyak digunakan adalah Friction Stir Welding (FSW).
Alat gesek merupakan bagian yang sangat penting dalam FSW.
Alat gesek biasanya terbuat dari baja H13 yang Tujuan penelitian ini adalah membuat alat gesek dari material baja baut connecting rod bekas yang berasal dari marine diesel engine.
Metode yang digunakan eksperimental mencakup desain alat FSW, perlakuan panas material pada suhu 900oC dilanjutkan proses quenching dengan media pendingin air dan air garam, kemudian dilanjutkan dengan pengujian material .
ji komposisi kimia, uji kekerasan dan uji mikrograf.
Hasil pengujian yang diperoleh dari uji komposisi kimia menunjukkan baut connecting rod bekas termasuk jenis material baja AISI 4145.
Nilai kekerasan terbesar diperoleh dari baja connecting rod pada proses quenching air garam sebesar 52,67 HRC dengan fasa martensit yang dilihat dari uji mikrografi.
Baja baut connecting rod bekas dari marine diesel engine bisa digunakan sebagai material alat gesek FSW.
Abstract Keywords:
FSW tools.
connecting rod bolt.
mechanical properties.
One method of joining soft metals such as aluminum that is widely used is Friction Stir Welding (FSW).
The friction tool is a very important part of FSW.
Friction tools are usually made from hardened H13 steel.
This research aims to make a friction tool from steel connecting rod bolts used in marine diesel engines.
The experimental methods used include FSW tool design, heat treatment of the material at a temperature of 900oC followed by a quenching process with water and salt water cooling media, then continued with material testing .
hemical composition test, hardness test, and micrographic tes.
The test results obtained from the chemical composition test show that the connecting rod bolts include AISI 4145 steel material.
The highest hardness value obtained from the connecting rod steel in the saltwater quenching process was 52.
67 HRC with a martensite phase, as seen from the micrographic test.
Used steel connecting rod bolts from marine diesel engines can be used as FSW friction tool material.
*Penulis korespondensi:
Wahyu Ari Putranto E-mail: wahyu_ap@polimarin.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Pendahuluan Penyambungan dengan las busur saat digunakan untuk menyambung material logam lunak seperti aluminium menimbulkan banyak permasalahan.
Permasalahan umum pengelasan las busur adalah terdapat retak saat proses peleburan dan pemadatan.
Masalah lain yang timbul adalah terdapatnya rongga porositas, serta hilangnya elemen paduan yang mudah menguap.
Penyambungan material lunak dapat dilakukan menggunakan pengelasan aduk gesekan yang disebut dengan Friction Stir Welding (FSW) untuk meminimalkan masalah tersebut.
Proses penyambungan material terjadi karena gesekan dari alat berbentuk silinder dengan ujung berupa pin silinder berulir yang berputar .
Gesekan mekanis dan putaran dari pin berulir akan memanaskan benda kerja, sehingga menggerakkan paduan yang dilunakkan di sekitarnya untuk membentuk sambungan .
Alat pengaduk gesekan merupakan komponen yang sangat penting pada pekerjaan sambungan FSW.
Pada proses penyambungan menggunakan FSW memerlukan alat gesek yang kuat, handal, tahan panas, sehingga tidak mudah mengalami kerusakan.
Panas yang diperlukan pada FSW material aluminium sekitar 70 Ae 90% dari titik leburnya sekitar 660 OC .
Pemilihan material dasar untuk membuat alat gesek FSW juga harus menjadi pertimbangan pada saat perencanaan.
Proses pembuatan alat gesek memerlukan pekerjaan pembubutan, sehingga material dasar dasar perlu dipilih dari bahan yang mudah dibuat dan murah harganya secara ekonomi.
Steel H13 dan SKD61 dapat menjadi pilihan material yang mudah difabrikasi .
Alat gesek FSW sebagai komponen penting dalam proses penyambungan harus dibuat dengan memenuhi berbagai kriteria dengan dimensi menyesuaikan dengan material yang akan disambungkan.
Selama proses pengelasan berlangsung alat gesek tersebut akan menahan beban yang berat seperti puntir, gesekan dan suhu yang sangat tinggi.
Kekuatan alat dalam menahan beban selama pengelasan sangat dan model pin alat gesek sangat mempengaruhi hasil sambungan.
Selain kualitas hasil sambungan, keausan alat gesek dan deformasi plastis adalah dua masalah utama yang dihadapi selama proses FSW.
Keausan alat gesek disebabkan oleh kerusakan mekanis atau afinitas kimiawi dari pahat dan benda kerja .
Deformasi plastis dikaitkan dengan variasi tegangan, laju regangan, dan suhu selama proses FSW juga dapat menjadi faktor penyebab kerusakan.
Alat gesek sebagai komponen penting dapat juga diprediksi usia pakainya.
Studi secara numerik dilakukan menggunakan ANSYS transient struktural analisis untuk menghitung usia alat gesek dengan derivasi matematis .
Prediksi usia alat gesek juga dapat dilakukan secara eksperimen.
Pengaturan eksperimental dan prosedur eksperimental untuk memonitor kondisi alat FSW.
Seluruh eksperimen dilakukan dengan mesin las friction stir welding yang sehat dan bertekanan penuh dan otomatis secara Pemantauan kondisi alat las sangat penting untuk proses inline, identifikasi, dan menghindari cacat awal benda kerja dan kerusakan alat gesek.
Pemantauan kondisi alat FSW merupakan teknik pemeliharaan prediktif yang canggih dan baru, di mana data getaran waktu nyata dikumpulkan dari mesin FSW dalam kondisi operasi yang berbeda menggunakan sensor akselerometer .
Kehandalan alat gesek dan variasi model pin menjadi penentu hasil Studi pengelasan aluminium 6061 tebal 6 mm dilakukan dengan metode FSW dengan alat gesek berbahan dasar steel H13 dengan variasi diameter pin 6 mm, 8 mm, 10 mm ulir kiri 1 mm .
Hasil studi didapatkan diameter pin 6 mm memberikan dampak sifat mekanik terbaik dengan kuat tarik 144 MPa.
Model ujung alat gesek juga memiliki peranan penting untuk mendapatkan hasil sambungan yang Penelitian pada pembuatan alat gesek FSW dengan berbagai bentuk pin segitiga, silinder dan kerucut berulir menunjukkan bahwa nilai kekerasan meningkat dan kekuatan tarik menurun untuk pin berulir segitiga .
Ujung alat gesek dimodelkan dengan model silinder beralur, segitiga beralur dan pin tirus beralur untuk aplikasi penyambungan aluminium 5083 .
Hasil studi didapatkan bahwa sifat mekanik dan struktur mikro yang lebih baik saat menggunakan alat gesek dengan pin tirus beralur.
Studi terkait optimalisasi alat gesek untuk meningkatkan hasil dan mencegah kerusakan juga banyak dilakukan.
Penerapan metode taguchi dengan parameter offset alat, profil pin alat, dan sudut kemiringan alat diperhitungkan saat pekerjaan eksperimental .
Pendekatan variasi parameter dapat dilakukan dengan memberikan perubahan putaran antara 600 Ae 1200 RPM.
Hasil studi memperoleh terjadinya sambungan yang tidak terikat menjadi berkurang dampak aliran material dari penambahan putaran .
Uraian dari beberapa studi terdahulu yang telah dibahas menunjukkan bahwa hasil pengelasan FSW dipengaruhi banyak faktor.
Profil alat gesek yang meliputi bentuk dan dimensi pin, optimalisasi parameter dengan berbagai variasi sudah dilakukan dalam berbagai Studi ini dilakukan dengan tujuan menghasilkan alat untuk melakukan penyambungan pada material aluminium 5083 menggunakan metode FSW.
Studi dilakukan secara eksperimen yang mencakup desain, pembuatan, perlakuan panas, dan pengujian material alat FSW.
Kebaruan dari studi ini adalah memanfaatkan baut connecting rod bekas dari marine diesel engine.
Pemilihan baut connecting rod bekas dijadikan material dasar karena secara sifat mekanik sudah memiliki kekuatan dan keuletan yang baik.
Secara ekonomi memiliki keuntungan tanpa harus mengeluarkan biaya tambahan pembelian material.
Material dasar baut bekas tersebut dibuat menjadi alat gesek FSW sesuai dengan model bentuk dan dimensi yang direncanakan.
Alat gesek yang dibuat selanjutnya diberikan perlakuan panas dan diuji untuk mengetahui sifat mekanik dan struktur mikro sehingga layak digunakan.
Metode Penelitian dilakukan beberapa tahap untuk membuat dan menghasilkan alat gesek.
Alat gesek tersebut akan digunakan untuk melakukan penyambungan logam lunak.
Metode Friction Stir Welding (FSW) dipilih karena material yang akan disambungkan tergolong lunak.
Studi dilakukan secara eksperimen yang mencakup desain alat gesek, pembuatan alat gesek, perlakuan panas, dan pengujian material alat gesek untuk FSW.
Tahap penelitian yang dilakukan disajikan pada diagram alir Gambar 1.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Berdasarkan Gambar 1 di bawah dijabarkan secara rinci tahapan yang ditentukan untuk membuat alat gesek FSW.
Kritikal poin yang perlu menjadi perhatian dalam proses pembuatan alat gesek antara lain.
desain alat gesek FSW, material dasar alat gesek FSW, proses perlakuan panas, pengujian material alat, dan analisa hasil pengujian.
Secara terperinci tahap-tahap tersebut diuraikan sebagai memberikan dorongan pada material benda kerja yang meleleh sehingga menjadi kampuh sambungan.
Terdapat berbagai jenis bentuk pin yang dapat dibuat untuk menghasilkan hasil sambungan terbaik.
Studi dilakukan membuat 2 bentuk pin yang disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3.
Desain bentuk pin alat gesek FSW, .
Silinder, .
Silinder berulir .
Gambar 1.
Diagram alir penelitian 1 Desain dan Dimensi Alat Gesek Hasil Pengelasan dengan metode FSW sangat ditentukan oleh desain dari alat gesek yang dibuat.
Secara umum alat gesek FSW terdiri dari tiga bagian, body, shoulder, dan pin.
Representasi desain alat gesek yang dibuat disajikan pada Gambar 2.
2 Material Dasar Material dasar merupakan bahan mentah yang diperlukan untuk membuat alat gesek yang akan dibuat.
Baut connecting rod bekas dari marine diesel engine dimanfaatkan sebagai material material dasar pembuatan alat gesek FSW.
Material ini dipilih karena nilai komposisi kimianya mendekati nilai dari baja H13.
Material dasar baut bekas yang digunakan disajikan pada Gambar 4.
Gambar 4.
Material Dasar, .
Baut Connecting Rod, .
Potongan Baut untuk spesimen uji Gambar 2.
Alat gesek FSW .
Pada Gambar 4 disajikan material baut connecting rod utuh .
dan baut yang sudah dipotong .
yang digunakan untuk spesimen uji komposisi kimia, uji kekerasan dan uji Desain alat gesek dan dimensi yang telah direncanakan selanjutnya dibuat dengan proses pembubutan dan proses quenching.
Bagian alat gesek yang paling vital adalah pada bagian Pada bagian pin akan bersinggungan dan bergesekan dengan benda kerja yang akan disambungkan.
Saat proses pengelasan berlangsung pin akan berputar sehingga akan menimbulkan panas yang dapat meleburkan benda kerja pada titik lelehnya.
Perputaran pin sekaligus akan 3 Perlakuan Panas Proses heat treatment perlu dilakukan agar alat gesek tersebut mengalami peningkatan kekerasan.
Perlakuan panas dimulai dari pemanasan material yang ditunjukkan pada Gambar 6 di bawah ini.
hingga temperatur 900 OC kemudian ditahan selama 1 jam.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 2 Uji Mikrografi Hubungan antar struktur dengan sifat atau karakter suatu material perlu diketahui secara mendalam.
Material teknik memiliki sifat-sifat dasar seperti tensile strength ,elongasi, sifat termal, dan sifat kelistrikan sangat dipengaruhi oleh mikrostruktur yang menjadi penyusunnya .
Alat gesek dan ujung pin pada FSW akan menerima beban kerja yang cukup berat agar dapat meleburkan material yang disambung.
Gambar 6 Proses Pemanasan Material Pemanasan dilakukan di dalam tungku yang menggunakan energi listrik untuk menghasilkan sumber Pemanasan material pada Gambar 6 di atas dilakukan hingga temperatur 900OC yang ditahan selama 1 jam.
Setelah itu material dilakukan pendinginan kejut .
dengan memasukkan material tersebut ke dalam wadah yang berisi air tawar dan air garam yang ditunjukkan pada Gambar 7.
3 Uji Komposisi Kimia Pengujian komposisi kimia dilakukan untuk menganalisis dan mengidentifikasi komponen kimia, konsentrasinya dalam suatu material.
Pengujian ini sangat penting untuk berbagai kepentingan industri.
Terdapat banyak aspek kunci yang perlu diketahui dalam uji komposisi kimia, antara lain.
Identifikasi komponen, kuantifikasi.
Kontrol kualitas.
Penelitian, dan penyelesaian persoalan .
Pada studi ini pengujian komposisi kimia menggunakan spektrometer yang ditunjukkan pada Gambar 5 di bawah ini.
Gambar 5 Pengujian Komposisi Kimia Gambar 7 Proses Pendinginan Material, .
Air Tawar, .
Air Garam 4 Pengujian Material Pengujian material dilakukan sebanyak 2 tahap.
Tahap 1 pengujian dilakukan pada material dasar.
Hal ini dilakukan untuk mengetahui sifat mekanis dan struktur mikro dari bawaan baut connecting rod.
Pengujian tahap 2 dilakukan terhadap alat gesek FSW yang telah diberikan perlakuan Pengujian yang dilakukan meliputi Uji kekerasan, uji mikrografi dan Uji komposisi kimia.
1 Uji Kekerasan Kekerasan material perlu diketahui dengan melakukan pengujian menggunakan material lain yang lebih keras.
Terdapat banyak metode pengujian, antara lain.
Brinell Hardness.
Vickers Hardness.
Rockwell Hardness.
Rockwell Superficial Hardness.
Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness.
Penelitian ini menggunakan metode Rockwell tipe C.
Beban mayor adalah 150 kgf.
Melalui hardness test dapat diketahui kekerasan relatif suatu material terhadap skala kekerasan yang dijadikan pembanding.
Nilai kekerasan dapat diperoleh langsung dari pengujian dengan melihat nilai pada skala pengujian.
Hasil dan Pembahasan Pada penelitian ini diperoleh data-data dari pengujian komposisi kimia, pengujian kekerasan dan pengujian mikrografi dari material baut connecting rod bekas sebelum dan sesudah dilakukan proses heat treatment dilanjutkan proses quenching dengan media pendingin air tawar dan air Berikut ini adalah hasil dari pengujian pada sampel.
1 Hasil Pengujian Komposisi Kimia Pengujian komposisi kimia dilakukan untuk mengetahui komposisi kimia apa saja yang terkandung pada Pengujian ini dilakukan pada spesimen material baja H13 .
ebagai pembandin.
dan baja baut connecting rod bekas.
Data hasil pengujian komposisi kimia kedua spesimen tersebut dianalisis untuk dilihat data komposisi Data komposisi kimia kedua material tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.
Pada tabel 1.
Di bawah terlihat bahwa kandungan karbon pada kedua material tersebut hampir sama yaitu 0,34% dan 0,4% sehingga dapat dikategorikan ke dalam golongan baja karbon menengah.
Selain unsur karbon ternyata terdapat unsur penambah/ paduan lainnya.
Maka dari data di atas kedua material baja tersebut bisa digolongkan pada jenis baja paduan.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Pada baja AISI H13 terdapat molibdenum dan vanadium yang bertindak sebagai zat penguat.
Tool Steel H13 memiliki machinability yang baik, kemampuan las yang baik, keuletan yang baik, dan dapat dibentuk dengan cara Karena baja perkakas H13 kombinasi yang sangat baik antara ketangguhan tinggi dan ketahanan lelah, baja perkakas AISI H13 lebih banyak digunakan daripada baja perkakas lainnya dalam aplikasi perkakas .
Baja connecting rod bisa dikategorikan pada jenis baja AISI 4145 (Ni-C.
yaitu penggabungan bahan nikel dan Nikel memiliki peran untuk meningkatkan kekuatan ferit sehingga meningkatkan kekuatan baja .
etangguhan dan kekerasa.
Kromium memiliki pengaruh yang hampir sama dengan mangan yaitu meningkatkan ketangguhan, kemampuan untuk dikeraskan dan tahan terhadap temperatur tinggi.
Salah satu pengaruh yang sangat signifikan dengan penambahan krom pada baja adalah meningkatkan ketahanan korosi .
2 Hasil Pengujian Kekerasan Pengujian kekerasan dilakukan untuk mengetahui kemampuan suatu material terhadap suatu pembebanan ketika gaya tertentu diberikan pada suatu material uji.
Pengujian kekerasan yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan metode uji kekerasan Rockwell tipe C.
Hasil pengujian menunjukkan material yang mengalami proses quenching memiliki nilai kekerasan lebih tinggi jika dibandingkan dengan material tanpa proses quenching .
aw Hasil pengujian kekerasan material baja H13 dan baut connecting rod sebelum dan sesudah diberikan perlakuan panas dan proses quenching disajikan pada tabel dan lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 8.
Hasil uji kekerasan dari tabel 2 terlihat bahwa nilai kekerasan bervariasi.
Nilai kekerasan yang paling tinggi adalah pada baut connecting rod quenching dengan media pendingin air garam yaitu 52,67 HRC.
Nilai kekerasan tersebut lebih tinggi dari pada variabel kontrolnya yaitu baja H13 heat treatment sebesar 51,33 HRC.
Nilai hasil uji kekerasan berikutnya adalah 52,33 HRC pada baut connecting rod quenching dengan media pendingin air Hasil uji kekerasan baja H13 dan baut connecting rod sebelum diberi perlakuan panas adalah sebesar 11,67 dan 44,5 HRC.
Tabel 2.
Hasil uji kekerasan No.
Spesimen BajaCR netral BajaCR Air BajaCR Air garam Baja H13 netral Baja H13 HT Kekerasan HRC Tabel 1.
Data hasil uji komposisi kimia baja H13 dan baja connecting rod Unsur Baja Baut connecting No.
H13
0,40
0,34
%Mn 0,47 %Si 1,00 0,29 %Cr 5,30 1,88 0,007 %Mo 0,36 0,016 %Ni 1,82 Pengujian Kekerasan (HRC) Rata-rata 52,33 52,67 11,67 51,33 BajaCR BajaCR BajaCR Baja H13 Baja H13 Netral Air Air Netral Material Gambar 8.
Hasil uji kekerasan baja connecting rod dan baja H13 Nilai kekerasan baja mengalami peningkatan karena terdapat perubahan fasa dari fasa ferit-pearlit menjadi fasa Fasa martensit adalah fasa terkeras pada sebuah Baja yang di quenching dengan air atau air garam dengan kandungan 2,5-25,0% struktur mikronya lebih dominan berupa martensit.
Semakin tinggi kandungan garam maka struktur martensit yang terbentuk juga semakin halus .
3 Hasil Pengujian Mikrografi Pengujian mikrografi dilakukan untuk mengetahui fasa dari material uji.
Pengujian mikrografi sangat berkaitan dengan pengujian kekerasan karena nilai kekerasan suatu material berkaitan dengan fasa yang terbentuk pada material.
Hasil pengujian mikrografi material baja H13 dan baut connecting rod sebelum dan sesudah diberikan perlakuan heat treatment pada proses quenching disajikan pada Gambar 9 Ferit .
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Martensit .
Martensit .
Hasil pengujian mikrografi pada gambar 9a.
struktur mikro baja H13 sebelum diberi perlakuan panas adalah ferit-perlit .
utih-hita.
, sedangkan pada gambar 9b.
terlihat struktur mikro baja baut connecting rod adalah martensit .
eperti jaru.
Hasil pengujian mikrografi pada terlihat struktur mikro baja H13 setelah diberi perlakuan panas adalah martensit, sedangkan pada gambar 9d dan 9e.
terlihat struktur mikro baja baut connecting rod adalah juga martensit .
eperti jaru.
Karakteristik struktur mikro terjadi perubahan bentuk struktur yang telah melalui proses quenching antara lain kehadiran struktur martensit yang mengubah kekerasan material ditandai dengan meningkatnya nilai kekerasan dari raw material.
Oleh karena itu, dari hasil seluruh pengujian di atas menunjukkan bahwa variasi media pendingin pada proses quenching berpengaruh terhadap perubahan karakteristik struktur mikro pada bahan baja baut connecting rod bekas.
Martensit adalah struktur mikro yang memiliki sifat keras, semakin banyak struktur martensitnya maka nilai kekerasannya semakin tinggi, dimana fasa martensit ini merupakan fasa keras metastabil, sesuai dengan apa yang dijelaskan ASM International .
1: 160-.
bahwa tujuan dari proses quenching adalah untuk membentuk fasa martensit .
4 Pembuatan Alat Gesek FSW Pembuatan alat gesek FSW dilakukan berdasarkan data dari pengujian.
Alat gesek FSW dibuat dengan cara dibubut kemudian diberi perlakuan panas 900oC dan didinginkan kejut dengan media pendingin air garam.
Alat gesek FSW bisa dilihat pada gambar 10.
Martensit .
Gambar 10 Alat gesek FSW, .
pin silinder, .
pin silinder Martensit .
Gambar 9.
Struktur mikro material .
Baja H13 sebelum perlakuan, .
Baja baut Connecting rod sebelum perlakuan, .
Baja H13 heat treatment .
Baja baut Connecting rod quench air.
Baja baut Connecting rod quench air garam Kesimpulan Berdasarkan hasil analisa yang telah dibahas mengenai pembuatan tool FSW dari material baut connecting rod bekas dari marine diesel engine.
Maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut bahwa komposisi kimia material baja baut connecting rod bekas memenuhi untuk dibuat menjadi tool FSW.
Dari data yang diperoleh material tersebut termasuk golongan baja Paduan AISI 4145 (Ni-C.
Kekerasan tertinggi terdapat pada data baut connecting rod bekas setelah proses heat treatment dan quenching menggunakan media air garam, dan air.
Nilai kekerasannya adalah 52,67 HRC dan 52,33 HRC.
Selain itu struktur mikro baut connecting rod bekas setelah proses heat treatment quenching dengan media air dan air garam adalah terbentuk p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 fasa martensit.
Kemudian baut connecting rod bisa digunakan sebagai alat FSW setelah diberi perlakuan panas dan quenching dengan media air garam.
Ucapan Terimakasih Terima kasih kepada Pusat Penelitian dan Pengabdian pada Masyarakat .
M) Politeknik Maritim Negeri Indonesia (Polimari.
yang telah membiayai penelitian ini dan seluruh anggota tim riset.
Daftar Pustaka