TUGAS
TEKNIK PENGELASAN
''
MICROSTRUCTURE CHARACTERISTIC AND
MECHANICAL PROPERTIES OF COLD METAL TRANSFER
WELDING Mg/Al DISSIMILIAR METAL
“
NAMA KELOMPOK :
1. ANDRI SETIADI I0409006
2. DANANG K I0409012
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA 2013
Karakteristik Struktur Mikro dan Perbedaan Sifat Mekanik Transfer Logam Dingin Pengelasan Mg / Al .
Abstrak
Paduan AZ31B Mg dan paduan Al 6061 bergabung dengan menggunakan transfer logam dingin (CMT) las dengan murni tembaga (HS201) sebagai filler logam. Struktur mikro Mg / Al CMT sambungan las dipelajari dengan cara Optical Microscopy, Scanning Electron Microscope (SEM), Energi dispersif X-ray (EDX), X-ray Dif-fraksi (XRD). Hasil penelitian menunjukkan bahwa logam yang berbeda dari Mg / Al bisa berhasil bergabung dengan CMT dibawah parameter pengolahan yang tepat. Kekuatan sambungan bonding sebesar 34,7 MPa. Berbagai senyawa logam dari Al-Cu, yaitu AlCu, CuAl2, Cu9Al4, disajikan dalam zona fusi
sambungan Al , dan larutan padat berbasis Cu yang dihasilkan di zona las, sementara Cu2Mg
dan Al-Cu-Mg terner , struktur eutektik dibentuk di zona fusi Mg joints . Bagian terkecil kekerasan di kedua sisi zona fusi itu meningkat tajam yaitu 362 HV di Mg joints dan 260 HV di Al samping. Sementara itu rapuh retak di intermetalik pada lapisan senyawa zona fusi Mg sisi, di mana banyak Cu2Mg senyawa intermetalik yang didistribusikan berlanjut (terus
menerus).
1. Pengantar
Paduan Mg adalah paduan yang terbaik dan memiliki bobot teringan dari bahan logam yang digunakan dalam bidang teknologi tinggi seperti otomotif, elektron dan industri kedirgantaraan. Teknologi pengelasan antara Paduan Mg dan logam lainnya telah menjadi bidang penelitian yang penting saat ini. Misalnya, masalah pengelasan fusi paduan Mg dan baja atau paduan Al yang ada dalam industri otomotif. Pengelasan Mg dan Al untuk membentuk struktur senyawa bisa mengurangi berat badan struktur dan biaya komponen. Pada era industri modern membuat teknologi pengelasan Al dan Mg paduan terdesak. Teknologi ini telah menjadi fokus penelitian di bidang las .
Saat ini pengelasan adukan gesek dan ikatan difusi digunakan untuk mendapatkan kekuatan yang lebih tinggi pada Al / Mg joints . Tapi fleksibilitas rendah pada pengelasan adukan gesekan, sementara ikatan difusi kurang efisien dan perlu dimasukkan dalam ruang vakum. Jadi hubungan fase padat ini terbatas dalam aplikasi. Sementara las tungsten gas inert ,las gas inert logam ,pengelasan laser dan pengelasan fusi konvensional lainnya pasti membuat zona fusi menghasilkan lapisan intermetalik compon tebal, yang mengarah ke celah-celah serius yang mempengaruhi kekuatan sendi.
Generasi senyawa intermetalik berkurang pada pengelasan transfer dingin logam (CMT) dengan karakteristik input panas rendah dan Al / Baja logam sendi yang berbeda dengan kinerja yang diperolehdalam proses CMT. Proses pengelasan CMT digunakan untuk mengelas paduan Mg dan paduan Al dengan filler logam HS201, struktur mikro dan sifat mekanik sendi.
2. Prosedur percobaan
Contoh (100 x 5x 3 mm) diekstrusi paduan AZ31B Mg dan paduan 6061 Al dilas dalam percobaan ini. Komposisi kimia kedua logam ditunjukkan pada Tabel 1. Tembaga murni (HS201) logam pengisi (u1.2 mm) dan komposisi kimia ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 1.
Material Mg Al Zn Si Fe Cu Mn
AA-6016 Bal 2,5-3,5 0,6-1,4 0,1 0,005 0,2 <0,2
AZ31B 0,06 - Bal. - 0,105 - 0,068
Sebelum pengelasan, film oksida pada permukaan substrat yang dibersihkan dengan sikat kawat baja stainless, dan aseton diseka untuk membersihkan minyak. Bentuk dimensi plat la ditunjukkan pada Gambar 1 . Alat pengelaan tersebut adalah CMT, mesin las jenis Fronius-5000. Parameter pengelasan yang utama seperti, arus pengelasan, tegangan las, kecepatan pemakananan kawat dan kecepatan pengelasan yang ditunjukkan pada Tabel 3.
Ca Ti Cr Other
0,04 - - 0,3
Sebuah rangkaian spesimen dipotong disepanjang arah membujur dari sambungan las CMT oleh mesin pemotong lapisan dan dipasang di bakelite untuk pemeriksaan struktur mikro. Pada sanbungan sisi paduan Mg dibentuk dengan larutan 1 ml asam oksalat dan 1 ml asam nitrat dan 1 ml asam asetat dan 150 ml air suling. Sambungan sisi paduan Al itu dibentuk larutan 2 ml asam fluorida dan 5 ml asam nitrat dan 95 ml air suling. Mikrostruktur fraktur morfologi dan komposisi fase pada sambungan yang diamati dan dianalisis menggunakan OLYMPUS (GX71) Optik Mikroskop, FEI Quanta 200 Scanning Electron Microscope dan D8 ADVANCE difraksi sinar-X. Distribusi kekerasan mikro diukur dengan HVS-1000 Display Digital pengujian kekerasan mikro dengan beban 0,2 kgf selama 10 detik. SANS CMT5105 mesin penguji universal digunakan untuk uji tarik. Geometri contoh uji tarik ditunjukkan pada Gambar. 2
3. Hasil dan diskusi 3.1. Sambungan mikro
3.1.1. Sambungan las pada parameter pengelasan yang berbeda
Gambar. 3 menunjukkan macrophotographs lasan dalam parameter pengelasanyang berbeda tercantum dalam Tabel 3. Pengelasan sampel 1 ditunjukkan pada Gambar. 3a sangat minim. Hal ini jelas bahwa logam pengisi yang tidak cukup, fusi tidak lengkap dan kurangnya penekanan yang bisa diamati di bagian belakang dari lasan karena kecepatan pemakanan rendah. Ditambah dengan penyusutan solidifikasi, retak yang sejajar pada pusat las setelah pengelasan. Penguatan las dan lebar sampel 2 dan 3 ditunjukkan pada Gambar. 3b dan c Gambar. 3c meningkat secara bertahap karena adanyanya peningkatan arus pengelasan.
Sampel 3 dengan formasi yang baik yang dilas pada arus 129 A, tegangan 12 V, kecepatan pemakanan kawat dari 5,7 mm / s dan kecepatan pengelasan 0,65 m / menit. Pengelasan saat sampel 4 seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3d adalah maksimal. Warna permukaan lasan hitam, yang menunjukkan bahwa las telah teroksidasi dan terbakar sempurna. Input panas dari sampel 4 begitu besar sehingga mengakibatkan penempatan lasan yang buruk dan lasan mudah cepat retak setelah solidifikasi kation. Komposisi fase dari las sampel 4 dianalisis dengan X-ray Diffraction (XRD) ditunjukkan pada Gambar. 4. Hasil penelitian
menunjukkan adanya berbagai Al-Cu-Mg senyawa terner intermetalik seperti Al2CuMg,
AlCuMg, Al5Cu6Mg2 dan Al7Cu3Mg6 di las, yang menyebabkan retak setelah pengelasan.
Sampel 2, 5, 6 seperti ditunjukkan pada Gambar. 3b, e, f berada pada arus pengelasan yang sama dan kecepatan pengelasan yang berbeda. Dengan penurunan kecepatan
pengelasan, Pembentukan las menunjukkan kecenderungan yang sama sebagai sampel dari 1
sampai 4
3.1.2. Mikro di Al sisi
Gambar. 5 menunjukkan mikrograf optik di zona fusi Al sisi pada sampel 3, dilas pada arus 129 A, tegangan 12 V, kecepatan pemakanan kawat 5,7 mm / s dan kecepatan pengelasan 0,65 m / menit. Sebuah zona larut bersama antara substrat Al dan logam las Cu terbentuk dalam pengolahan pembekuan logam las. Berbentuk kolom kristal, yang tumbuh menjadi logam las, dibagi dalam zona fusi dekat sisi substrat Al dimana pemanasan dilakukan dengan cepat. Transisi dari kristal kolumnar untuk kristal seluler adalah terjadi di zona fusi, di mana senyawa serpihan kainotype itu terbentuk karena perubahan kondisi tmenjadi padat.
Gambar. 6a-c menunjukkan Scanning Electron Microscope (SEM) mikro-grafik di
Daerah 1-3 ditandai pada Gambar. 5, dan Energi X-ray (EDX) hasil analisis dispersi yang diperoleh dari berbagai lokasi (Gambar 6a-c) yang diilustrasikan pada Gambar. 7.
SEM mikrograf di zona fusi Al sisi ditunjukkan pada Gambar. 6a. Fase putih (titik B) didistribusikan dalam fase hitam (titik A). Gambar 7a. Menunjukkan hasil EDX dari titik lokasi A terdiri dari 94,89% pada Al. Dan 5.11% di Cu, sehingga ada solid solusi berbasis Al.
Gambar. 7b menunjukkan EDX hasil dari lokasi titik B, di mana unsur Cu meningkat
menjadi 22.98 %, Sedangkan Al menurun menjadi 75,75 %. Yang menunjukkan bahwa lokasi ini terdiri dari larutan padat berbasis Al dan CuAl2 dengan struktur eutektik.
SEM mikrograf di pusat zona fusi ditunjukkan pada Gambar. 6b. Dengan perpaduan antara substrat Al dan logam las Cu, fase putih (titik E) meningkat, sementara fase hitam (titik C) menurun, dan abu-abu muda fase regenerasi (titik D) yang dihasilkan. Gambar. 7c menunjukkan hasil EDX dari lokasi titik C. Komposisi fase pada titik C masih berupa larutan padat berbasis Al, yang jumlahnya diproduksi secara signifikan dengan fusi lebih lanjut dan difusi element Cu. Berdasarkan analisis yang sesuai dengan teori pemadatan: lapisan akumulasi zat terlarut dalam derajat yang berbeda cenderung untuk membentuk di depan antarmuka padat-cair di kolam las pada Gambar. 7d menunjukkan hasil EDX dari lokasi titik D terdiri dari 59,14 % di Al, 26.91% di Cu. dan 13,95 % pada Mg.Yang menunjukkan bahwa lokasi terdapat CuAl2 dan Cu-Mg-Al terner struktur eutektik. Peningkatan unsur Mg karena zat terlarut segregasi . Gambar. 7e menunjukkan hasil EDX dari lokasi titik E terdiri dari 55,21 pada Al, 41,46% di Cu dan 3.32% di Mg,.Yang menunjukkan bahwa lokasi ini harus terdiri dari AlCu dan CuAl2.
Dalam Gambar. 6c, fase hitam hampir hilang, dibagian antarmuka menjadi zona fusi kembar dan logam las jelas. Gambar. 7f menunjukkan hasil EDX dari wilayah persegi panjang F terdiri dari 48 % pada Al, 51.20 % di Cu dan 0,80 % di Mg. Yang menunjukkan
bahwa daerah ini harus terdiri dari AlCu dan Cu9Al4. Beberapa penelitian juga menunjukkan
bahwa selama Al / Cu bereaksi dengan Cu dan Cu9Al4 yang intermetallics pertama kali
dibentuk berdekatan dengan sisi Cu . Gambar. 7g menunjukkan hasil EDX dari wilayah persegi panjang daerah G terdiri dari 95,22% Cu, di mana fase adalah larutan padat berbasis Cu.
Gambar. 3. Macrophotographs dari lasan pada parameter pengelasan yang berbeda tercantum
dalam Tabel 3: (a) sampel las dalam parameter 1, (b) sampel las dalam parameter 2, (c) sampel lasanparameter 3, (d) sampel las dalam parameter 4, (e) sampel las dalam parameter 5, (f) sampel las dalam parameter 6.
3.1.3. Mikro di sisi Mg
Mikrograf optik di zona fusi Mg sisi pada sampel 3 pengelasan dengan arus 129 A,
tegangan 12 V, kecepatan pemakanan kawat 5,7 mm / s dan kecepatan pengelasan 0,65 m / menit ditunjukkan dalam Gambar. 8. garis fusi jelas. Garis hitam yang ada di sepanjang antar muka antara Mg substrat dan zona fusi Mg oksdasi dihasilkan dalam proses pengelasan. Batas butir Mg substrat dicairkan sedikit dan sebagian karena titik leleh rendah. Struktur yang terjadi pada logam las adalah kristal kolumnar, yang tumbuh menjadi logam las. Struktur mikro dekat zona fusi jelas berbeda dari logam las dan Mg substrat. Kristal kolumnar yang dekat dengan logam las ditunjukkan secara teratur.
Hasil analisis EDX dari zona fusi sisi Mg yang ditunjukkan pada Gambar. 9,Gambar.
9a menunjukkan mikrograf SEM dalam fusi zona sisi Mg. Abu-abu fase (titik B) di
distribusikan dekat Mg sisi substrategi, banyak fase regenerasi serpihan (titik C) ada di zona fusi. Gambar 9b. menunjukkan hasil EDX dari titik A (Gambar 9a), yang berisi 91.20 % di Mg., 4,32% pada Al dan 4,48% di O. Sejumlah kecil dititik O. Tidak ada unsur Cu tetapi sejumlah kecil elemen Al berasal dari Mg substrat. Hal ini dapat ditentukan bahwa fase ini adalah larutan padat berbasis Mg. Gambar. 9c menunjukkan hasil EDX dari titik B (Gambar
9a) terdiri dari 68,68 % Mg. 20,33 % Al, 5,86 % O dan 5,13 di.% Cu, yang menunjukkan
bahwa beberapa unsur Cu menyebar ke Mg substrat. Kandungan Al sedikit meningkat karena terlarut seg-regation. Lokasi ini harus terdiri dari berbasis Mg padat solusi, Mg17Al12 dan ternary struktur eutektik Cu-Mg-Al. Gambar. 8d menunjukkan hasil EDX dari titik C (Gambar 9a) terdiri dari 30.06 pada Mg.%, 4,32 di.% Al dan 65,61% pada Cu, yang ditunjukkan. bahwa komposisi utama dari tahap regenerasi serpihan itu Cu2Mg.
3.2. Sifatmekanik dari sambungan
3.2.1. Analisis mikro-kekerasan
Titik uji mikro-kekerasan diambil setiap 0,25 mm pada las dan setiap 0,4 mm pada kedua sisi substrat. Distribusi dari kekerasan mikro pada sampel 3 ditunjukkan pada
Gambar. 10. Dua garis putus-putus mewakili garis fusi Al sisi dan Mg sisinya. Kekerasan
mikro di kedua sisi sona fusi meningkat tajam dan nilai maksimalnya adalah h 362 HV di Mg sisi dan 260 HV di Al sisi, yang lekerasannya lebih tinggi dari substrat Mg (50-55 HV) dan Al substrat (35-40 HV). Kekerasan mikro dalam logam las adalah seragam dan nilainya sekitar 115-140 HV. Kekerasan mikro material tergantung pada struktur mikro. Berbagai senyawa intermetalik Mg, Cu dan Al atau dua dari mereka terbentuk di dekat zona fus sehingga mempunyai kekerasan yang tinggi . Senyawa intermetalik pasti menyebabkan embrittlement pada sambungan dan menyebabkan konsentrasi tegangan, yang dapat mengurangi kekuatan sambungan.
3.2.2. Kekuatan tarik dan analisis fraktur
Tes kekuatan tarik dilakukan oleh SANS CMT5105 UTM dengan tingkat pembebanan dari 1 mm / menit. Ikatan sambungan kekuatan sampel 3 adalah 34,7 MPa. Patah terjadi pada lapisan senyawa intermetalik dari zona fusi yang berdekatan dengan substrat Mg. Karakter morfologi fraktur dilihat dengan SEM, seperti ditunjukkan pada
Gambar. 11. Es gula pada pola morfologi menegaskan bahwa fraktur pada Gambar. 11
adalah dalam mode patah getas.
Hasil analisis EDX dari fraktur ditunjukkan pada Gambar. 12. Hal ini bisa dilihat dengan jelas dari Gambar. 12a bahwa sebagian besar partikel fase dengan tepi dan sudut yang tertanam dalam permukaan fraktur , dan beberapa rongga dengan tepi dan sudut muncul dipermukaan patahan, di mana partikel intermetalik ditarik keluar.
Hasil analisis EDX dari titik 1 dan angka 2 (Gambar 12a) yang ditunjukkan pada
Gambar. 12b dan c. Fase partikel yang terkandung di 29,19 % Mg, 4,79 % di Al, 66.02 %
pada Cu pada titik 1. 37.84 % d iMg dan 5,09 % di Al, 57,07% di Cu pada titik 2.. Hal ini dapat disimpulkan bahwa fase partikel terutama terdiri dari Cu2Mg. Senyawa intermetalik
yaitu bersifat rapuh, yang didistribusikan terus menerus dalamzona fusi sehingga menyebabkan fraktur.
4. Kesimpulan
(1) Mg / Al logam berbeda tersebut berhasil terhubung dengan pengelasan CMT dengan
menggunakan tembaga murni sebagai logam pengisi. Parameter yang terjadi pada proses pengelasan dengan arys 129 A, tegangan 12,0 V, kecepatan pemakanan kawat 5,7 mm / s, pengelasan kecepatan 0,65 m / min.
(2) Berbagai senyawa intermetalik Al-Cu, yaitu AlCu, CuAl2, Cu9Al4, disajikan dalam
zona fusi Al sisi, dan larutan padat berbasis Cu yang dihasilkan di zona las,
sementara Cu2Mg dan Al-Cu-Mg terner struktur eutektik dibentuk pada zona fusi sisi
Mg.
(3) Kekuatan bonding pada sambungan adalah 34,7 MPa. Patah terjadi di zona fusi sisi
Mg dimana nilai kekerasan mikro tertinggi. Fraktur adalah dalam mode patah getas.
Sejumlah senyawa intermetalik Cu2Mg didistribusikan terus menerus dan
