Peningkatan Sifat-Sifat Mekanis dan Ketahanan Laju Perambatan Retak Fatik Sambungan Las FSW pada AZ31 Melalui Perlakuan Hybrid Post Weld Thermal-Rolling Tensioning

Andini Eka Rahmani, Prof. Ir. Mochammad Noer Ilman, S.T., M.Sc., Ph.D., IPM

2026 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Friction Stir Welding (FSW) merupakan salah satu teknik pengelasan  padat (solid state welding yang berpotensi menjadi solusi untuk menyambung logam dengan konduktivitas termal yang tinggi, titik leleh relatif rendah, rentang suhu pembekuan luas, kecenderungan kuat teroksidasi, serta viskositas cairan rendah, seperti paduan magnesium AZ31. Kualitas sambungan FSW sangat dipengaruhi oleh parameter proses, terutama geometri pin yang menentukan aliran material dan distribusi panas selama pengelasan. Namun demikian, sambungan FSW pada AZ31 masih dapat menghasilkan tegangan sisa dan distorsi yang berpotensi menurunkan kualitas sambungan dan ketahanan perambatan retak fatik sehingga diperlukan perlakuan pasca-las untuk mengendalikannya. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan mengurangi tegangan sisa dan distorsi sekaligus meningkatkan sifat mekanik (kekerasan dan kekuatan tarik) serta ketahanan laju perambatan retak fatik sambungan FSW pada paduan magnesium AZ31 melalui variasi geometri pin dan variasi perlakuan pasca-las.

Penelitian dilakukan dengan memvariasikan pin dengan empat geometri pin yang berbeda yakni silinder, persegi, konus, dan segitiga. Berdasarkan hasil tahap pertama, geometri pin dengan performa mekanik terbaik dipilih untuk tahap berikutnya, yaitu studi perlakuan pasca-las yang meliputi kondisi tanpa perlakuan (as welded), perlakuan TTT, perlakuan rolling (PWDR), serta kombinasi antara TTT dan PWDR (PWTRT). Proses pengelasan FSW dilakukan pada kecepatan pengelasan konstan 30 mm/menit dengan kecepatan putaran sebesar 1500 rpm pada sudut kemiringan 2°. Evaluasi dilakukan melalui pengamatan mikrostruktur, kekerasan mikro Vickers, uji tarik, pengukuran distorsi, serta uji perambatan retak fatik.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa sambungan dengan sifat mekanis terbaik pada tahap variasi pin diperoleh pada penggunaan geometri pin persegi. Geometri ini menghasilkan kombinasi masukan panas dan aliran material yang lebih optimal serta peran esentrisitas dari bentuk pin. Pada tahap perlakuan pasca-las, perlakuan kombinasi PWTRT memberikan peningkatan sifat mekanis paling signifikan dibandingkan kondisi lainnya. Hal ini disebabkan oleh peran TTT dalam recovery dan rekristalisasi statis serta perlakuan rolling memberikan deformasi plastis tambahan sehingga sinergisitas keduanya menghasilkan peningkatan kekuatan, kekerasan, serta ketahanan fatik sambungan FSW AZ31.

Friction Stir Welding (FSW) is a solid-state welding technique with the potential to be a solution for joining metals with high thermal conductivity, relatively low melting points, a wide solidification temperature range, a strong tendency to oxidize, and low fluid viscosity, such as AZ31 magnesium alloy. However, this process still introduces residual stresses and distortion in AZ31 welded joints. Therefore, the objective of this study was to improve the mechanical properties and fatigue crack propagation resistance of FSW joints of AZ31 magnesium alloy by varying pin geometries and treatments.

The study was conducted using four different pin geometries: cylindrical, square, conical, and triangular. Based on the results of the first phase, the pin geometry with the best mechanical performance was selected for the next phase, a post-weld treatment study that included untreated conditions (as welded), TTT treatment, rolling treatment (PWDR), and a combination of TTT and PWDR (PWTRT). The FSW welding process was carried out at a constant welding speed of 30 mm/min with a rotational speed of 1500 rpm and a 2° inclination angle. Evaluation was conducted through microstructural observations, Vickers microhardness, tensile tests, distortion measurements, and fatigue re-propagation tests.

The results showed that the joint with the best mechanical properties in the pin variation stage was obtained using a square pin geometry. This geometry provides an optimal combination of heat input and material flow, as well as the eccentricity of the pin shape. In the post-weld treatment stage, the PWTRT combination treatment provided the most significant improvement in mechanical properties compared to the other conditions. This is due to the role of TTT in recovery and recrystallization, and the rolling treatment providing additional plastic cooling. The synergy of the two treatments results in increased strength, hardness, and fatigue resistance of the AZ31 FSW joint.

Kata Kunci : Friction Stir Welding (FSW), AZ31, geometri pin, perlakuan pasca-las, TTT, PWDR, PWTRT, kekerasan, kekuatan tarik, perambatan retak fatik